6月底，《西安晚報》以《細(xì)菌吃淤泥 城河水變清》為題，報道了西安護(hù)城河玉祥門到西門清淤示范區(qū)內(nèi)，運用菌種清淤，在1個多月的時間里，讓河水重新變清的消息。這顯示了微生物在污水治理方面的巨大威力。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種絮凝基因，把它轉(zhuǎn)入到具有污水處理作用的菌種中，再將得到的菌株用于廢水處理，會更容易產(chǎn)生沉淀，從而大大加快污水處理效率。
在國家自然科學(xué)基金的持續(xù)支持下，中國科學(xué)院微生物研究所研究員張博潤研究團(tuán)隊對酵母菌絮凝基因進(jìn)行了深入研究并取得系列成果。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊已將絮凝基因用于污水處理，也許用不了多久，這項技術(shù)就會在污水處理之中大顯身手。
小基因，大作為
絮凝是將溶液中不需要的成分通過絮狀凝集方式去除的過程，在此過程中用到的助劑稱為絮凝劑。
在各種絮凝劑中，微生物絮凝劑因具有快速穩(wěn)定、使用方便，且不會造成二次污染等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。有報道稱，微生物絮凝劑將在不久的將來，取代或部分取代傳統(tǒng)的無機(jī)高分子和合成絮凝劑，在食品工業(yè)、飼料工業(yè)、藥物研制和污水處理等領(lǐng)域大放異彩。
絮凝沉降法在水處理中也占有極其重要的地位，國內(nèi)外的工業(yè)廢水處理，使用絮凝法的比例約占60%～75%，而自來水工業(yè)更是以絮凝法凈水為主。目前廣泛應(yīng)用于水處理中的絮凝劑主要有無機(jī)高分子絮凝劑（如PAC）和有機(jī)高分子絮凝劑（如PAM）。由于無機(jī)絮凝劑一般用量較大且可能對環(huán)境產(chǎn)生二次污染，如聚合鋁系列的鋁離子會對人類健康產(chǎn)生危害；而有機(jī)高分子絮凝劑的殘留物不易被微生物降解，且其單體也有負(fù)面效應(yīng)，因此，研究開發(fā)絮凝效果好、易生物降解、無二次污染、對環(huán)境安全的微生物絮凝劑具有廣闊的市場前景。
“在兩個科學(xué)基金項目研究的基礎(chǔ)上，我們正在做一個‘院地合作’項目，和浙江省農(nóng)科院合作，將絮凝基因轉(zhuǎn)入具有污水處理作用的菌種中。這樣的工程菌株更容易產(chǎn)生沉淀，它將大大加快污水處理速度�！睆埐櫿f，“最早人們發(fā)現(xiàn)一些酵母細(xì)胞絮凝性很強，利用這一特性會改善發(fā)酵工藝，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。另一方面，從基礎(chǔ)研究來說，絮凝現(xiàn)象還有很多機(jī)理性的東西沒弄明白，如它是如何產(chǎn)生的，受什么控制，如何來改變菌株的絮凝性等等。”
從小處入手，挖一口“深井”
20世紀(jì)90年代，國外開始微生物絮凝劑的研究并著手商業(yè)化。1997年，在國家自然科學(xué)基金的資助下，張博潤研究團(tuán)隊就開始了酵母菌絮凝基因的相關(guān)研究。
分子生物學(xué)近年來發(fā)展很快，但在10 年前，研究手段和儀器設(shè)備還相當(dāng)陳舊落后�！拔覀冎饕霃男跄蜻@一個小點入手，進(jìn)行深入挖掘。當(dāng)時申請到的面上項目才8萬元，我們連PCR儀都沒有�！睆埐櫿f，“盡管我們知道酵母菌中有絮凝基因存在，但怎樣把它拿出來還是個問題�！�
在當(dāng)時的條件下，研究人員只能用肉眼來做實驗，在發(fā)酵液中看絮凝的強弱，然后進(jìn)行成千上萬次挑選，找出轉(zhuǎn)化子來，放入試管中培養(yǎng)十幾個小時。然后再進(jìn)行上萬次的比對……
4位研究人員花了3個多月時間，最后硬是把轉(zhuǎn)化子找了出來，然后再用現(xiàn)代分子生物學(xué)的技術(shù)，進(jìn)行基因序列測定和分析。
這時，國外報道發(fā)現(xiàn)一種新絮凝現(xiàn)象，這種絮凝特性受葡萄糖的抑制。因為此前有研究絮凝基因的基礎(chǔ)，該團(tuán)隊敏銳地看到了這種新絮凝基因的應(yīng)用前景，于是決定對這種新絮凝基因進(jìn)行研究。
“當(dāng)時沒有人知道這種新絮凝特性受葡萄糖抑制的現(xiàn)象是否和基因有關(guān)，我們就申請了一個和這一新型絮凝特性分子相關(guān)的研究。”該團(tuán)隊成員之一、中科院微生物所副研究員何秀萍說，“一開始也是非常困難，第一年基本上沒有什么進(jìn)展。我們有很大壓力，也用盡各種方法，最終，我們還是幸運地首先拿到了一個完整的新絮凝基因，并率先做完測序工作�！�
良好的絮凝特性有利于細(xì)胞和培養(yǎng)液之間有效分離，但細(xì)胞過早的沉淀將對發(fā)酵性能產(chǎn)生不利影響。這種新絮凝基因能讓非絮凝的細(xì)胞產(chǎn)生絮凝表型，這種表型又受多種糖的抑制，在發(fā)酵開始時并不產(chǎn)生絮凝，只有在發(fā)酵后期，當(dāng)發(fā)酵液中的糖大部分被消耗掉后才表現(xiàn)出絮凝特性，細(xì)胞之間發(fā)生相互作用，迅速沉淀，從而更利于細(xì)胞和培養(yǎng)液的分離。
在面包酵母菌株生產(chǎn)后期，要進(jìn)行細(xì)胞和發(fā)酵液的分離。分離的手段目前有用大型離心機(jī)分離、添加化學(xué)絮凝劑分離和自然沉淀分離等。離心分離成本很高，添加化學(xué)絮凝劑可能會帶來一些食品安全風(fēng)險，而自然沉淀需要較長的時間，這些都會造成生產(chǎn)成本居高不下。
“目前所使用的面包酵母菌株的絮凝作用很弱，如果將具有強絮凝作用的面包酵母工程菌用在生產(chǎn)實際當(dāng)中，會大大縮短分離時間，這至少能將成本降低1/5。”張博潤說。
發(fā)現(xiàn)重復(fù)序列缺失
該團(tuán)隊通過對新絮凝基因和原來的絮凝基因（FLO1、FLO5、FLO10、FLO11）的對比發(fā)現(xiàn)，原來的絮凝基因有很多重復(fù)序列，而新絮凝基因則出現(xiàn)了重復(fù)序列缺失。
進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，新絮凝特性受糖調(diào)控的特性和基因中的重復(fù)序列有關(guān)，但具體和哪一段重復(fù)序列有關(guān)，研究人員并不清楚。
“重復(fù)序列之間容易發(fā)生重組，基因內(nèi)的重復(fù)序列越多，重復(fù)序列間發(fā)生重組的頻率越高，在細(xì)胞傳代過程中就會出現(xiàn)性狀分化，出現(xiàn)不同的表型。在工業(yè)化中，就會出現(xiàn)穩(wěn)定性差的問題。所以我們對每一段都進(jìn)行研究，希望能找到和新絮凝表型直接相關(guān)的這一段序列，在保持其功能的前提下，盡可能減少其重復(fù)序列的存在，這樣就能減少細(xì)胞在繁殖過程中產(chǎn)生的不穩(wěn)定性�！焙涡闫颊f，“在真核生物中，有些基因中存在大量的重復(fù)序列，這些重復(fù)序列發(fā)生重組或改變后，可能會讓人產(chǎn)生疾病，研究這些重復(fù)序列對蛋白結(jié)構(gòu)和功能的調(diào)控作用，可能會揭示一些疾病產(chǎn)生的機(jī)理�！�
“目前我們也利用自克隆方法獲得具有新絮凝特性的啤酒酵母菌株，完成了具有絮凝基因的酵母工程菌小試和中試。絮凝基因在污水處理和單細(xì)胞蛋白飼料加工行業(yè)都有很好的應(yīng)用前景�！睆埐櫿f，“酵母中還有一種白色念珠菌，這是一種致病菌，絮凝基因也參與了酵母細(xì)胞對人體細(xì)胞的浸染過程。研究這些序列的改變，可能會成為將來藥物篩選的靶標(biāo)。如果我們能夠揭示絮凝基因的結(jié)構(gòu)，弄明白這一現(xiàn)象是怎樣產(chǎn)生的，就可能阻斷疾病傳播，這對疾病防治和藥物開發(fā)有啟迪作用�！�
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