我國科學家利用工程微生物開展生態環境修復

生態環境治理已經成為全球面臨的重大問題。高度穩定的重金屬離子可以通過食物鏈逐漸富集，最終對全球糧食安全和人類健康構成嚴重威脅。微生物處理重金屬具有成本低，效率高的優勢，但自然微生物無法滿足快速修復的需求。隨著合成生物學的興起和技術的不斷進步，通過設計基因線路來控制生物體的行為，使轉基因微生物的環境可控釋放成為可能。

近日，中科院微生物所采用汞離子生物治理為例，設計了重金屬修復的智能自調控基因線路。該基因線路可以感知環境重金屬汞離子濃度的變化，自動啟動重金屬吸附、菌體回收和自殺模塊基因的程序化表達，過程中無需任何外源誘導劑和人工干預。相關研究成果發表于《Environmental Microbiology》雜志，論文標題為“Mercury Bioremediation by Engineered Pseudomonas putida KT2440 with Adaptationally Optimized Biosecurity Circuit”。

研究團隊將菌株投入含有汞離子的水體中后，細菌轉錄因子（MerR，Mercuric-responsive transcriptional regulator）被汞離子從啟動子上解離下來，啟動子（PmerT）啟動重金屬吸附蛋白和四環素阻遏蛋白（TetR）的表達。在處理后期，重金屬離子隨著細胞被富集回收，水體的重金屬離子濃度將持續降低。當環境及細胞內汞離子濃度下降到低于啟動子響應的閾值后，殘留在水體中的工程菌株中PmerT啟動子將無法繼續啟動TetR蛋白基因的表達。PLtetO啟動子將自動啟動防逃逸元件（致死蛋白）的表達，水體殘留或逃逸到無污染環境中的工程微生物將無法存活，從而實現生態安全。

該研究為利用微生物開展生態環境修復提供了借鑒，也為假單胞菌合成生物學研究提供了一批優良的元件。

原文鏈接：https://doi.org/10.1111/1462-2920.16038