基因改造微生物提取稀土速度提高73%，碳捕获能力提升58倍

康奈尔科学家改造微生物实现清洁提取稀土并捕获二氧化碳 —— 无需化学品或高温。

在争夺清洁能源和气候生存的战争中，科学家们找到了一个不太可能的盟友：一种吃金属的微生物。

这种微小但顽强的微生物 —— 氧化葡糖杆菌（Gluconobacter oxydans），正在被重新编程，以取代在稀土元素提取过程中使用的重型机械和有毒化学品。

但这种微生物不仅仅是从岩石中提取金属。它还加速了地球自然捕获二氧化碳的能力，为应对气候变化提供了一举两得的解决方案。

酸、基因与炼金术

通过基因改造增强其产酸能力并解锁其隐藏的生化潜能，氧化葡糖杆菌被证明比以往任何时候都更高效。

在最新的研究中，康奈尔大学的科学家们将其稀土提取能力提高了高达73% —— 且避免了传统采矿对环境造成的破坏。

同一种微生物还能将自然碳捕获速度提高58倍，将普通岩石转变为长期的二氧化碳封存系统。

农业与生命科学学院生物与环境工程副教授巴兹·巴斯托（Buz Barstow）在一份新闻稿中说：“本世纪需要开采的金属量将超过人类历史上的总和，但传统的采矿技术对环境造成了巨大破坏。”

“目前，美国几乎所有这些元素都依赖从包括中国在内的外国来源获取，这带来了供应链中断的风险。”

镁、铁和钙等金属会自然地与二氧化碳发生反应，形成矿物质，从而永久封存气体。康奈尔大学改造的微生物通过更快地分解岩石、使更多金属暴露于二氧化碳，从而加速了这一过程，将地球本身变成了一个碳捕集器。

“我们正试图利用自然界中已有的过程，但强化其效率并提高可持续性，”康奈尔大学工程学Charles N. Mellowes教授席位的埃斯特班·加泽尔（Esteban Gazel）说道。

利用微生物破解碳捕获难题

为了进一步挖掘这种微生物的潜力，康奈尔大学的科学家深入研究了它的基因蓝图。在一项研究中，他们发现只需对氧化葡糖杆菌的基因组进行两处编辑，就能使其溶解岩石的效率大幅提高 —— 一处编辑增强了产酸能力，另一处则移除了内部限制，显著提高了稀土回收率。

但酸并不是它唯一的工具。第二项研究揭示，这种微生物还使用了其他以前未知的途径来提取金属。通过对一个高性能菌株的基因逐一进行敲除，研究人员确定了89个与生物浸出相关的基因 —— 其中68个此前从未被发现与该过程有关。这一突破帮助将提取效率提高了100%以上。

与此同时，第三篇论文表明，氧化葡糖杆菌可以在不依赖高温、高压或刺激性化学品的情况下加速自然碳捕获。当它分解富含镁和铁的岩石时，这些元素会与二氧化碳结合，形成石灰岩等固体矿物，从而永久封存碳。

“这个过程可以在环境温度、低压条件下发生，且不涉及使用刺激性化学品，”该论文的第一作者、博士生约瑟夫·李（Joseph Lee）说。“它能自然地吸收二氧化碳并将其永久储存为矿物。我们还能作为副产品回收镍等其他对能源至关重要的金属。这是一个双赢的解决方案。”

在美国国家科学基金会、能源部、康奈尔阿特金森中心以及校友捐助者的资助下，这项工作正从实验室走向现实世界。

这项发表在《通讯-生物学》和《科学报告》上的研究由亚历克莎·施密茨（Alexa Schmitz）领导，她目前是总部位于伊萨卡的初创公司REEgen的首席执行官，该公司致力于将这项技术商业化。

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