甘肃
稀土元素（REE）是化学元素周期表中 15 种镧系元素以及与镧系密切相关 2 种元素（钪、钇）的统称，属于一类存量稀少的金属元素。
由于稀土元素具有独特的物理和化学特性，其广泛应用于石油化工、玻璃陶瓷、冶金、农业、电子、医疗等众多领域，更为关键的是，稀土元素作为一种不可再生的战略资源在国防领域也发挥了重要作用，对于支撑高新技术产业发展和维护国家安全等方面至关重要。如今，业界对于稀土元素的需求不断增长。
然而，稀土元素通常同时存在于天然矿床中且化学性质相似，传统的提取纯化过程主要使用酸水溶液和煤油等有机溶剂，在数十乃至数百个循环中进行重复分离，整个过程效率低下、成本高昂并且伴随着环境污染。
一些微生物天然富集金属，其分泌的酸可以溶解岩石、废弃电器和其他电子废物中的金属，有些则会产生与稀土元素发生特异性相互作用的蛋白质，可以将稀土元素与其他金属分离甚至可能相互分离，这些研究催生了一种新的稀土元素提取方式——生物采矿。
（来源：ACS Synthetic Biology）
近日，康奈尔大学的研究人员通过对需钠弧菌（Vibrio natriegens）进行基因工程改造使其对稀土元素（镝）的生物吸附能力提高 210% 以上，为今后提取纯化稀土元素提供了一种更为环保和可持续的新方法。目前，这项研究成果已经以“Multiple Rounds of In Vivo Random Mutagenesis and Selection in Vibrio natriegens Result in Substantial Increases in REE Binding Capacity”为题发表在ACS Synthetic Biology上。
▲图｜康奈尔大学生物与环境工程助理教授 Buz Barstow（来源：Cornell University）
“这种需钠弧菌提供了‘生物吸附’的环境友好方式来获得稀土元素。传统提取纯化镧系元素的热化学方法对造成环境污染，与大量使用污染溶剂的传统方法不同，生物吸附是一种更为可持续的技术，能够最大限度地减少环境影响，同时获得有价值的稀土元素。”这篇论文的通讯作者、康奈尔大学生物与环境工程助理教授Buz Barstow表示。
作为近些年发展起来的一种新型生长快速底盘细胞，需钠弧菌（Vibrio natriegens）具有兼性厌氧的特性，既可以进行有氧呼吸，也可以进行无氧发酵，其在合成生物学领域表现出广阔的应用前景。
（来源：ACS Synthetic Biology）
在这项研究中，Buz Barstow和团队通过需钠弧菌菌株进行基因工程改造来增强其生物吸收或提取稀土元素的能力。具体而言，他们使用（由 MP6 质粒诱导的）多轮体内随机突变，结合平板通量稀土元素生物吸附筛选，来提高细菌对稀土元素的生物吸附能力和选择性。
最终，他们筛选得到一种需钠弧菌菌株，与野生型相比，该菌株对于镝的生物吸附能力提高 210% 以上，并且在最轻（镧）和最重（镥）稀土元素之间产生高达 50% 的选择性提升。
“提取这些稀土元素较为困难，通常需要将其运往海外进行加工，而我们开发的这种新方法将有助于减少对外国加工的依赖。”Buz Barstow指出，“这项新工作为我们提供了超越传统热化学方法的机会，我们可以设计这种细菌和其他细菌，因为不需要纯化蛋白质，所以我们可以比竞争性生物过程更经济地操作这种系统。”
“除此之外，鉴于发现生物吸附突变体的过程并不复杂，我们的研究结果也突出了有多少基因可能有助于强化生物吸附能力，以及随机诱导突变在识别鉴定特定基因和优化生物系统以完成任务方面的能力。”Buz Barstow表示。
总结这项研究工作，Buz Barstow表示，“尽管我们还需要开展更为深入的研究工作，但我们认为这项工作表现出一个令人鼓舞的迹象，细菌可以通过基因工程改造成具有足够的能力和选择性，取代溶剂萃取作为提取纯化稀土元素的首选方法。”
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