土壤微生物或可清理核廢料

一種細菌產生的蛋白質可能有助於捕捉、檢測或過濾放射性粒子

Bacteria eating a nuclear symbol.

托馬斯·福克斯

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核反應堆中的裂變會產生放射性金屬副產品,其毒性之高以至於必須深埋地下,耗費巨大成本和精力,長達數千年。但研究人員在《美國化學學會雜誌》上報告稱,一種常見微生物產生的蛋白質可能有助於減輕這種危險的負擔。

核廢料中最棘手的兩種成分是鋂和鋦這兩種金屬;每種金屬都有壽命特別長的形式,會在數千年內緩慢衰變。由於它們輻射出大量熱量,因此裝有它們的廢物包必須相隔很遠埋葬。賓夕法尼亞州立大學生物化學家小約瑟夫·科特魯沃表示,妥善隔離它們對於避免輻射對人類或環境造成危害至關重要。“即使這些元素以極少量存在,也是一個非常大的問題,”他說。*

2018年,科特魯沃和一個研究團隊首次報告稱,Methylorubrum extorquens(一種常見於土壤和植物上的無害細菌)產生一種名為lanmodulin的蛋白質。這種微生物利用這種蛋白質來抓取天然存在的金屬,通常來自一組稱為鑭系元素,以驅動其新陳代謝。


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最近,科特魯沃和他的同事在實驗室中發現,lanmodulin 與鋂和鋦緊密且容易地結合——並且比許多常規的“舞伴”更偏愛它們。此外,這種結合比第二強的天然分子配體的結合穩定數千倍。他們不確定普遍存在的M. extorquens產生的 lanmodulin 是否自然地捕獲或分散環境中已經存在的鋂和鋦離子,例如核武器試驗和廢物洩漏釋放的那些——這可能是未來研究的重點。

研究人員建議將該蛋白質整合到輻射探測器和過濾器中,以從受控核廢料中提取這些長壽命放射性金屬。然後可以將它們單獨隔離,從而減少需要長期監測和間隔的材料體積。科特魯沃建議,或者,捕獲的鋂和鋦可以回收回核燃料中。

密歇根州立大學的微生物學家 Gemma Reguera 說,細菌創造的分子可能有助於構建清除有害人造汙染物的工具,這真是天賜良機,她沒有參與這項研究。“這就像一個玩具,”她說。“有太多的可能性。”

*編者注(12/9/21):本段在釋出後進行了修訂,以更正對鋂和鋦的描述。

Nikk Ogasa 是一位常駐加利福尼亞州的科學記者,對環境、地球和太空充滿熱情,並且曾是《大眾科學》的編輯實習生。在 Twitter 上關注 Ogasa @nikkogasa

更多作者:Nikk Ogasa
大眾科學 Magazine Vol 325 Issue 6本文最初以“放射性物質回收”為標題發表在《大眾科學》雜誌第 325 卷第 6 期(),第 19 頁
doi:10.1038/scientificamerican1221-19b
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