遗传工程在水处理中的应用

由于新的化学物质的不断发现，难降解污染物的增多，废水处理情况日趋复杂。带有降解某些物质的质粒的微生物往往不一定能在某一废水环境中生存，而能在此种废水条件下生存的细菌，又不一定具有降解其中某些物质的质粒，因而各国科学家正试图利用遗传工程，把具有降解某些特殊物质的质粒剪切后，连接到受体细胞中，使之带有一种或多种功能用以处理废水，这种用人工方法选出的多质粒、多功能的新菌种称“超级细菌”。这方面研究工作较多，目前已有较为成功的实例，现简述如下。

1.降解石油的超级细菌

20世纪70年代美国生物学家查克拉巴蒂（Chakrabarty）针对海洋输油，造成浮油污染，影响海洋生态等问题进行了研究。石油成分复杂，是由饱和、不饱和、直链、支链、芳香烃类组成，不溶于水。而海水含盐量高，虽发现90多种微生物有不同程度降解烃类的能力，但不一定能在海水中大量繁殖生存，而且降解速率也较慢，查氏将能降解脂（含质粒A）的一种假单胞菌作受体细胞，分别将能降解芳烃（质粒B）、萜烃（质粒C）和多环芳烃（质粒D）的质粒，用遗传工程方法人工转入受体细胞，获得多质粒“超级细菌”，可除去原油中2/3的烃。浮油在一般条件下降解需一年以上时间，用“超级细菌”只需几小时即可把浮油去除，速度快效率高（见图3.10）。

图3.10　遗传工程获得多质粒超级细菌

2.耐汞质粒

日本水俣事件及瑞典鸟类汞中毒事件后，日本和瑞典对汞在自然界转化做了大量研究工作，提出了汞化合转化的途径，主要是某些微生物使水体汞元素甲基化形成甲基汞，使人及生物中毒。另一面自然界中存在一些耐汞的微生物，它们的耐汞基因在R因子上。例如，恶臭假单胞菌一般在超过2μg/mL汞浓度中即将中毒死亡，查克拉巴蒂用质粒转移技术，把嗜油假单胞菌的耐汞质粒（MER质粒）转移到恶臭假单胞菌中去，后者获得MER质粒，可在50～70μg/mL氯化汞中生长。

3.降解染料的质粒(www.xing528.com)

1983年瑞土科学家Kulla发现有两种假单胞菌分别具有降解纺织废水中两种染料的能力：其一为假单胞菌K24具有降解1号橙偶氮染料的质粒；其二为假单胞菌K46具有降解2号橙偶氮染料的质粒。他把两个菌株的两种质粒接合到一个菌株内，可获得具有降解两种染料的新菌种。

4.除草剂的降解

除草剂2，4-二氯苯氧乙酸是致癌物质，美国对它的生物降解研究一直很重视，并积极研究基因工程菌。已将降解2，4-二氯苯氧乙酸的基因片段组建到质粒上，将质粒转移到快速生长的受体菌体内构建成高效降解的功能菌。减少了在土壤中2，4-二氯苯氧乙酸的累积量，有益于环境保护。

5.尼龙的降解

尼龙是极难生物降解的人工合成物质，现已发现自然界中的黄杆菌属（Flavobacterium）、棒状杆菌属（Coynebacteriun）和产碱杆菌属（Alcaligenes）均含有分解尼龙低聚物6-氨基己酸环状二聚体的pOAD2质粒，S.Negoro等人将上述三种菌的pOAD2质粒和大肠杆菌的pBR322质粒分别提取出来，用限制性内切酶HindⅢ分别切割pOAD2质粒和pBR322质粒，得到整齐相应的切口，以pBR322质粒为受体，用T4连接酶连接，获得第一次重组质粒。再以重组质粒为受体，以同样操作方法进行第二次基因重组，获得具有合成酶EI和酶EⅡ能力的质粒。将经两次重组的质粒转移入大肠杆菌体内后，获得了生长繁殖快、含有高效降解尼龙低聚物6-氨基己酸环状二聚体质粒的大肠杆菌。

基因工程菌在废水生物处理模拟试验中也取得一些成果。McClure用4L曝气池装置考察体内含有降解3-氯苯甲酸酯质粒pD10的基因工程菌的存活时间和代谢活性。工程菌浓度为4～106个/L，存活时间达56d以上。但32d以后，降解3-氯苯甲酸酯的功能下降。

另外，在原核微生物与动物之间，动物与植物之间的基因工程也均已获得成功。这为微生物与动、植物之间超远缘杂交开辟了一条新途径。苏云金杆菌体内的伴胞晶体含有杀死鳞翅目昆虫的毒素，过去生产苏云金杆菌用作棉花和蔬菜的杀虫剂。现在，农业科技人员将苏云金杆菌体中的毒性蛋白质抗虫基因提取出来，用基因工程技术转接到小麦、水稻、棉花植株内，进行基因重组，使小麦、水稻、棉花具有抗虫、杀虫能力。栽培这些作物不需施杀虫剂，避免了农药污染，有利环境保护。它们都具有高效、无公害等特点，堪称是生物农药领域中的一大创新。