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吃金屬的細(xì)菌

2011-12-29 00:00:00宋軍
中學(xué)生百科·悅青春 2011年8期


  由于抗生素的濫用,導(dǎo)致細(xì)菌基因突變,產(chǎn)生“超級細(xì)菌”,而這種細(xì)菌對大多數(shù)抗生素都有強(qiáng)勁的耐藥性,普通的殺菌藥物對它只是隔靴撓癢癢,不起作用。但是病人會因感染超級細(xì)菌而引起可怕的炎癥、高燒、痙攣、昏迷直到最后死亡,因此,尋找一種戰(zhàn)勝超級細(xì)菌的新藥物迫在眉睫。
  超級細(xì)菌雖然超級,但也存在“軟肋”,有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)金屬有可能成為超級細(xì)菌的克星。綠膿桿菌又稱銅綠假單胞菌,是抗藥性較強(qiáng)的細(xì)菌之一,由它引起的感染病灶可導(dǎo)致血行散播,進(jìn)而發(fā)生菌血癥和敗血癥,甚至死亡。綠膿桿菌能對多種抗生素快速產(chǎn)生耐藥性,這使臨床的抗感染治療變得越來越困難。不過,科學(xué)家在研究中發(fā)現(xiàn)綠膿桿菌在合成脫氧核糖核酸(DNA)、傳輸能量以及保護(hù)自己免受氧化時需要大量的鐵。那能不能在金屬中找到一種能替代鐵功能的金屬,給它來個偷梁換柱?功夫不負(fù)有心人,稀有金屬中就有這樣的一匹“特洛伊木馬”——鎵,鎵離子的大小和攜帶的電荷都與鐵離子類似??茖W(xué)家們就以假亂真用鎵來替代鐵,讓綠膿桿菌別無選擇,把鎵當(dāng)做鐵。綠膿桿菌對鎵不會產(chǎn)生抗耐藥性,因而大量攝取,這無異于“飲鴆止渴”,結(jié)果只能是“自取滅亡”。實驗表明,向培養(yǎng)綠膿桿菌的器皿中添加少量的鎵,細(xì)菌的數(shù)量竟減少到最初的千分之一。
  是不是只能對付綠膿桿菌這一超級細(xì)菌,其他超級細(xì)菌就沒有金屬可吃了呢?銅也不甘示弱。金黃色葡萄球菌能對藥性最強(qiáng)的抗生素產(chǎn)生抵抗力,一旦遇到銅,金黃色葡萄球菌日子可就不好過了,自己的繁殖被阻止,脫氧核糖核酸(DNA)也被破壞。即使是很小的一片銅,也把金黃色葡萄球菌殺得潰不成“菌”。研究發(fā)現(xiàn),一片只有1平方厘米的銅能夠90分鐘內(nèi)消滅10D0萬個金黃色葡萄球菌。
  細(xì)菌吃金屬就一定會自取滅亡?事實并不是這樣,在自然界還有一群“特異功能”的細(xì)菌,它們以“吃”金屬為生。20世紀(jì)初,在美國和墨西哥已經(jīng)開采完并被水淹沒的舊銅礦中,科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)了大量的銅。這些銅來自何方?科學(xué)家們猜測可能是廢礦渣中殘留的銅在某種因素的影響下跑了出來。這是怎么回事呢?經(jīng)過進(jìn)一步觀察和研究,終于發(fā)現(xiàn)了其中的奧秘。原來是細(xì)菌作怪的結(jié)果,這種細(xì)菌對銅情有獨鐘,在礦井殘存的含銅硫化物表面生長繁殖,以銅為食來進(jìn)行自身的新陳代謝,同時促使銅從含銅的硫化物中游離出來,輕而易舉地就把銅富集在一起,廢礦也因吃銅的細(xì)菌煥發(fā)出新的生機(jī)。
  科學(xué)家們對此興奮不已,認(rèn)為細(xì)菌能夠幫助人們采礦和提煉金屬,就把著眼點集中到比銅更值錢的金等稀有貴重金屬上。黃金是十分貴重的金屬,盡管在世界上分布很廣,但絕大部分地區(qū)含量很低,用化學(xué)方法提煉黃金成本太高,用吃金的細(xì)菌提煉黃金就好辦多了。吃金的細(xì)菌體表存在一種特殊的蛋白質(zhì),它利用金原子進(jìn)行代謝,把金原子聚集在自己的體表,甚至吸收進(jìn)細(xì)胞內(nèi),將分散的金屬微粒乃至單獨的金原子聚集起來,形成金結(jié)晶核,并逐漸增生、擴(kuò)大、相互連接,最后形成肉眼可見的砂金,從而形成天然的黃金礦床,這樣采金可就方便多了。后來科學(xué)家利用微生物發(fā)酵工程,人工制取大量細(xì)菌浸提劑,用它來噴淋堆放在浸提池中的礦石,溶解礦石中的有用成分,然后從收集的浸提液中分離、濃縮和提純有用的金屬,這樣就可以對金、銀、銅、錳、鋅等在內(nèi)的十幾種貴重金屬和稀有金屬進(jìn)行采集了。
  細(xì)菌不僅能聚“財“,還能聚“毒”。在核電及核武器生產(chǎn)的過程中,大量的核廢料對生態(tài)環(huán)境、動植物健康及核廢料場附近的土地和水源構(gòu)成了很大的威脅,蠶食著人類的生存空間。德國科學(xué)家在核廢料中發(fā)現(xiàn)了能夠積聚有毒金屬的細(xì)菌,于是就將位于德國東南部的一個核廢料場作為示范點,在廢料場儲積了球形芽孢菌的菌種。這種球形芽孢菌的菌種具有水晶表層,水晶表層覆蓋在細(xì)胞外面,它不僅能起到自身保護(hù)作用,還能夠聚集大量的有毒重金屬,如鈾、鉛、鋁、鎘等。清潔有毒的核廢料的常規(guī)方法繁瑣而成本昂貴,且效果不佳,用細(xì)菌來清除核廢料的污染物無疑成為了世界上最先進(jìn)的技術(shù)典范。
  現(xiàn)在看來,細(xì)菌和金屬并非“風(fēng)馬牛不相及”,它們既能成為克星,也能相互利用。而我們應(yīng)該巧妙地利用它們的關(guān)系為人類造福。
  
  編輯 殷

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