微生物要“改邪歸正”

本報特約記者 司 古

細菌在生物以外的領域也有越來越重要的作用。

說起微生物，許多人可能會想到致病的細菌和病毒，即使那些有益微生物，人們對它們的了解也多限于它們在生物領域的作用。但隨著科技的發展，人們發現微生物的用處其實遠比我們想像的要大。它們甚至可以用來制造細菌計算機，來解決最為復雜的數學問題。

美國科學家最近通過研究發現，在活細胞內進行計算是完全可行的。這項研究由來自密蘇里西州大學和北卡羅來納戴維森學院的4位教授和15位學生聯合進行的，他們通過生物學手段對大腸桿菌的DNA進行了改造，使其成為可以解決漢密爾頓路徑問題等某些經典數學問題的細菌計算機。所謂漢密爾頓路徑問題，是假設一個人若要游覽英國十座城市，尋找從第一個城市出發到走完全部城市之間的最短路徑。這涉及到350多萬條可能的路線。普通計算機要找出最短路線需要花很長時間，因為一次只能嘗試一條。而一臺由數百萬細菌組成的計算機則能同時考慮每一條路徑，而且細菌計算機實際上將隨著細菌繁殖而增強計算能力。在細菌計算機中，這些城市由一系列會令細菌發出紅光或綠光的基因代表，而城市間可能的途徑由DNA的隨機性排序進行探索。產生正確答案的細菌將會發出黃光。科學家還研制了能解決“翻薄餅數學問題”的細菌計算機。“翻薄餅數學問題”是指把一疊不同大小、焦面向下的煎餅，將每一焦面向上，同時將最大片置于底部，最后計算問題的可能解答數。雖然貌似簡單，其實“翻煎餅問題”運算量巨大。如果有6張煎餅，有4.608萬種可能，12張煎餅有1.9萬億種可能。此外細菌還可以充當生產化合物的“高效工廠”。《自然》雜志稱，近日美國科技人員成功實現了快速細胞改造，他們僅用3天時間就把普通大腸桿菌改造為一個生產化合物的高效工廠，使番茄紅素（胡蘿卜素的一種）的產量則提高了5倍。

如果應用得法，細菌甚至還能夠幫人們解決能源問題，當然這并不僅僅是分解垃圾產生沼氣那么簡單。根據美國麻省理工學院公布的消息，該學院研究人員利用基因工程技術成功開發出了病毒電池。在傳統的鋰離子電池中，鋰離子通常在由石墨構成的負極和由氧化鈷或鋰鐵磷酸鹽構成的正極間流動。如果要提高電池的性能，就需要制作出能更高效進行能量傳輸的電池正極和負極。現在研究人員培育出一種特殊病毒，該病毒能夠通過將自身鍍涂在氧化鈷和黃金上或自行組成納米導線的方式形成電池陽極。同時研究人員將一種稱為噬菌體的無害病毒涂在碳納米管上，放置于磷酸鐵納米導線表面充當陰極。電子可以沿碳納米管網行進，滲透到電極，完成能量的快速轉換。研究小組發現，加進碳納米管后，陰極的重量沒有太大的變化，但導電性卻大幅度提高。在實驗室的測試中，安裝了新陰極材料的電池在不損失電容量的同時，其充電和放電速度提高了至少100倍。

有時細菌也可以直接構成電池的能量源。美國最近就利用一種能夠分解糖分產生電力的細菌開發出了細菌電池。這種新型細菌電池的效能相當于普通電池效能的83%，不僅可以與葡萄糖產生反應發出電能，也能使用果糖、蔗糖甚至是木糖作為原料。而且這種細菌適應性較好，以25攝氏度環境為最適宜。據說這種電池可持續供電25天，成本低廉且性能穩定。▲