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南开大学破译一株能“吃”石油的细菌

http://www.enorth.com.cn  2007-03-29 14:08
 

 

  北方网消息(记者刘雁军 通讯员张国):记者近日获悉,南开大学的科研人员首次破译了可降解重油的细菌基因组信息,可帮助解决重油开采和污染难题,这对于微生物采油技术的革新亦具有重要意义。

  3月27日出版的国际顶级学术刊物《美国科学院院刊》,刊登了上述成果的论文,这在天津地区尚属首次。

  论文作者、南开大学泰达生物技术学院院长、长江学者王磊是项目主持人。他说,该成果是石油微生物研究领域的重要发现,南开大学已对其中的关键发现申请国际专利保护。

图为NG80-2全基因组序列图谱及预测的重烃降解途

  发现一:NG80-2,爱吃重油的微生物

  能“吃”石油的微生物,并不是将宝贵的石油资源喝掉,而是拥有降解石油的本领,可以用于处理石油污染、帮助开采石油。

  南开大学的此项研究,在世界上首次解开了可降解重油的细菌奥秘。在自然界中,很多细菌能降解轻油,而重油不易降解,会造成长期污染,对石油污染的治理工作造成了最大的挑战。目前全球探明储量的石油中,超过60%的部分采用现有技术无法开采,主要为黏度高、流动性差的重油。

  王磊说,这项最新的研究成果是在南开大学多年积累的基础上完成的。南开介入石油微生物的分类和应用基础等研究领域已有20多年的历史,分离筛选了红球菌、假单孢菌、芽孢杆菌等大量石油微生物,部分菌株应用于油田的现场开采试验并取得了较好的效果。

  上世纪90年代,这篇论文作者之一、南开大学生命科学学院教授刘如林等科研人员在天津大港油田发现了一种嗜热脱氮土壤芽孢杆菌,师生为它取名“NG80-2”。它在45至73摄氏度的条件下存活,能以原油为唯一的“食物”,具有独特的降解重油和产生表面活性剂的能力。但10多年来,它的基因“密码”仍然未知。

  发现二:LadA,清除石油污染的“理想候选者”

  而对这株细菌基因组的破译,是王磊教授领导的科研小组经过近4年的努力完成的,论文的共同第一作者为南开大学青年教师冯露和王威,研究成员全部为南开师生。课题得到了“十五”国家863计划和天津市科技创新专项资金的资助。

  课题组综合运用先进的基因组学和蛋白组学方法,对NG80-2开展了深入系统的研究,最终在国际上首次鉴定了长链烷烃(俗称“重烃”)的微生物降解途径。他们从中发现了一种关键的生化酶,它能帮助细菌将重油的主要成分--长链烷烃降解为小分子。

  研究发现,NG80-2能够大量产生这种生化酶,课题组将其命名为“长链烷烃羟化酶”(LadA),它是降解长链烷烃的关键。课题组还得到了分离和富集这种蛋白的简单方法。作者在论文中提出,这种蛋白是对付石油污染的“理想候选者”。

  王磊说,已有的利用微生物处理石油污染的方式,缺陷在于效率比较低,而且往往只能适用于轻油。更重要的是,人们对于微生物如何处理石油污染的分子机理尚未形成确定的认识。而对LadA进行鉴定以后,就能改良细菌的品种,扩大其应用范围,提高处理效率。

  前景:可提高采油率,胜任高温采油

  南开大学的这项研究工作,也为兴起于上世纪70年代的微生物采油带来了新的希望,早在上世纪80年代,大港油田的现场试验就表明NG80-2可有效提高采油率达6.6%。

  微生物采油技术主要是通过微生物在恶劣的油藏环境中生长代谢,降解油烃分子,产生表面活性剂、有机酸、气体、溶剂和聚合物等物质,有效地降低岩石、油、水系统的界面张力,降低粘度,增加压力,疏通岩孔,增加流动性,提高采油率。主要特点是工艺简单、成本低廉、环保无害、使用安全。

  美国能源部的数据显示,微生物采油能提高采油率10%-15%。与国外相比我国还存在较大差距。国际上对石油微生物的分子水平研究仍然匮乏,特别是缺乏以长链烷烃为主的重油微生物降解分子机制的研究,成为微生物采油技术遇到的一大难题。

  南开大学课题组对NG80-2的破译,是中国科研人员的一项突破。南开大学校长饶子和院士领导的课题组已经着手研究LadA的三维结构,并采用基因操作手段改造蛋白,预期在二三年内实现其在野外的石油降解试验。

  值得欣喜的是,根据基因组破译所得到的信息还发现,NG80-2具有多种特殊的代谢途径,表明它能够适应很多不同的环境、具有较强的生存能力,因此潜在的应用领域很广。由于这是一种嗜热菌,在地下的高温采油工作中具有得天独厚的优势。

  课题组同时开始了对另一种采油微生物的基因组破译工作。与NG80-2不同,这是一株低温采油菌,可在8到20摄氏度的条件下存活。

  王磊说,研究工作得益于天津和南开大学的长期支持。课题组在滨海新区建立了天津市功能基因组与生物芯片研究中心,已建成包括基因组学、蛋白质组学、生物芯片和生物信息学在内的四个具有国际先进水平的研究平台体系。高层次的平台提升了课题组的技术水平和科研攻关能力,大量研究成果应运而生。

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稿源 北方网 编辑 刘雁军
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