细菌来帮忙

看看科学家们如何从地球上最常见的生命形式中学习,以对抗癌症、生产乙醇,甚至可能实现在月球上种植农作物。

洁癖者和强迫症患者可能想就此打住了,或者至少认真考虑只带着一瓶消毒液继续阅读——今天我们要谈论的是细菌,那些在地球上几乎所有你能想象到的表面都密集覆盖的、令人不安的微小生物,包括你自己的皮肤。无论提及它们会带来多少疑病症般的憎恨,就像“好胆固醇”这类 quasi-oxymorons 一样,如果没有细菌,我们将陷入巨大的困境。没有它们,就不会有高等生命存在;它们维持我们的生命,支撑我们的经济,而且说实话,大多数细菌会乐意与我们划清界限,过自己的生活。只有极少数我们因担心疾病而不断洗手。正是这种普遍性和多样性,使得科学家们能够将天然和经过改造的细菌应用于广泛的、有益的现代技术中。

细菌的一种用途是通过基因重组某些通常有害的类型,使其变得无害并赋予它们新的任务。美国制药公司 Advaxis 最近宣布了一项研究,利用经过中和的单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)来对抗某些类型的癌症。这种细菌可能导致人类和动物出现类似食物中毒的症状。李斯特菌非常适合这项工作,因为它倾向于感染免疫系统中的特殊细胞,称为抗原呈递细胞(APCs)。在感染发生时,APCs 通过携带入侵者表面独特的化学标签,引导免疫系统的其余部分攻击病原体——有点像给猎犬提供它猎物的气味。

通过使用携带某些癌症中发现的化学标签的改良李斯特菌,人体随后利用这种新的“科学怪人”细菌引导免疫系统将攻击集中在癌症上。该过程目前处于临床试验阶段,但早期对晚期宫颈癌患者的 结果显示出有希望的结果

另一种潜在的与细菌相关的癌症治疗方法是更安全的放疗。 最近的研究表明,在某些良性沙门氏菌(Salmonella)细菌的鞭毛(用于运动的尾状螺旋桨)中发现的某些蛋白质可以阻止肠道细胞进行凋亡(apoptosis),这是一种自然清除衰老细胞的受控细胞自杀过程。辐射暴露会过早地引发凋亡,导致肠道内壁和骨髓细胞受损。在这项研究中,当给接受辐射暴露的大鼠施用鞭毛蛋白时,该分子保护了大多数健康细胞免受伤害,而癌细胞仍然被成功地靶向。这可能导致更安全、更有效的化疗,副作用更少,甚至可以保护暴露在辐射污染区域的工人或“脏弹”袭击的潜在受害者。

随着世界继续寻找化石燃料的替代品,细菌在未来燃料生产中也可能发挥重要作用。 最近的研究表明,细菌可以帮助生产乙醇,这是目前作为可行汽油替代品受到最多关注的植物基生物燃料。

生产乙醇目前是一项棘手的业务——如此棘手,以至于几项研究表明,当一切都尘埃落定时,用乙醇代替汽油所带来的好处,在考虑到生产过程中释放的排放时,几乎会被抵消。纤维素乙醇,这是一种最有前景的类型,可以从几乎所有植物的细胞壁中的纤维素中提取,尤其棘手——有效地将纤维素分解成可用的糖是连人体都难以做到的(参考:你的排泄物)。

这种进退两难的一个潜在出路是教导生物燃料来源的植物自然分解它们自己的纤维素。 密歇根州立大学的科学家们正在研究一种名为 Spartan III 的特定玉米品种,它能够做到这一点。Spartan III 通过将包括负责在牛的胃中分解纤维素的细菌在内的几种细菌的基因插入到玉米自身的基因组中而进行改造。这使得玉米能够分解其叶子和茎中的纤维素,产生可以直接发酵成燃料的简单糖,而无需大量的环境和财务成本。这种方法还有助于保持玉米作为粮食作物的可行性,因为它允许从植物的非食用部分(而非食用玉米粒)生产乙醇。

令人难以置信的是,还有人建议细菌可以帮助在月球上制造火箭燃料。测试表明,一旦美国宇航局在2020年开始计划在那里建造基地,蓝细菌(或称蓝绿藻)将在月球土壤中茁壮成长。只要有足够的水和阳光,细菌就可以依靠月球土壤生存,并浸出阻碍其他作物生长的重钛和铁矿藏。这可能是使土壤可耕种以实现某种可持续植物生长的第一步。然后,蓝细菌可以被其他细菌分解形成肥料,在这个过程中释放出的甲烷可以被收集起来制造火箭燃料(查看这项研究的论文——PDF链接)。甚至有人认为,浸出的重金属可以被收集并熔炼成建筑材料。现在,请跟着我继续这个跑题的思路:可耕地导致作物,作物导致(希望如此)月球牛,月球牛导致牛奶,牛奶导致真正的月球奶酪。我等不及了。

你可以清楚地看到,并非所有细菌都是坏的。当我们对它们进行实验时,有时会带来惊人的发现。我个人期待100%月球种植的乳制品倒计时现在开始。

 

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