生物安全战略中心孙韬、张卫文在重金属生物修复研究领域取得重要进展

    近期，天津大学化工学院张卫文、陈磊团队在蓝细菌生物活性材料在重金属生物修复的应用中取得了新进展。该合作团队的研究成果《基于工程蓝细菌的生物活性材料在体内外重金属修复中的应用》（Engineered cyanobacteria-based living material for bioremediation of heavy metals bothin vitro andin vivo），构建了重金属耐受性和重金属修复能力显著提高的工程蓝细菌PM/6803，并证明基于PM/6803的海藻酸盐生物活性材料PM/6803@SA具有更高的体外内重金属修复能力和较好的生物安全性。这项研究为扩展蓝细菌在重金属生物修复中的应用潜力提供了新的见解。该项成果已于2024年6月27日在美国化学协会权威杂志《纳米》（ACS Nano）在线发表（https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.4c02493）。论文第一作者包括天津大学孙韬副教授、天津大学硕士毕业生霍怀舒和徐州医科大学张英英副教授。天津大学张卫文、陈磊教授为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划的支持。

    蓝细菌是地球上唯一可进行光合自养的原核生物，几乎分布在所有生态位中，甚至是极端坏境和被污染的环境，在土壤修复、废水处理和有机污染物降解等环境污染修复方面具有巨大的潜力。其中集胞藻PCC 6803是研究最广泛的蓝细菌之一。蓝细菌因其具有丰富的结合位点和高金属结合力，成为重金属生物修复的理想菌株。

    研究团队在野生型集胞藻PCC 6803中引入金属硫蛋白基因mt和植物螯合酶基因pcs，成功构建了工程蓝细菌PM/6803。PM/6803对Cd²⁺的胁迫表现出显著提高的重金属耐受性，其对Cd²⁺的日修复量可达到21 (mg/L) Cd²⁺/OD。随后研究团队通过制备6803-PM海藻酸盐生物活性材料PM/6803@SA实现了对体内外重金属生物修复的应用：体外实验“斑马鱼水环境镉污染模型”的生物修复表明PM/6803@SA的Cd²⁺修复能力较游离菌株提高了68%；体内实验“小鼠镉中毒模型”的生物修复表明PM/6803@SA使小鼠血液和尿液中Cd²⁺的清除量分别提高了38%和60%，且没有对小鼠的生理功能造成影响。

    本研究通过基于工程蓝细菌的活性材料进行重金属生物修复，证明该材料具有更高的重金属修复能力和较好的生物安全性，为提高蓝细菌在重金属生物修复上的应用潜力提供了新的见解。