近期，中国科学技术大学环境科学与工程系在强化异化金属还原菌(DMRB)介导的放射性核素还原能力提升方面取得进展。通过建立CRISPR基因编辑技术，系统改造和优化了DMRB模式菌株希瓦氏细菌的胞外电子传递网络，实现了菌株胞外电子传递能力和放射性核素还原能力的显著提升。相关研究结果以“Enhanced Bioreduction of Radionuclides by Driving Microbial Extracellular Electron Pumping with an Engineered CRISPR Platform”为题，于2021年7月31日被Environmental Science & Technology接收。

放射性核素污染严重危害着人类健康和生态安全，其中铀是引发环境污染最常见的放射性核素之一。通过生物还原作用通过将溶解性的U(VI)转化为不溶性的U(IV)沉淀以实现铀的有效去除，是一种安全、经济、环境友好且可持续的铀污染修复方法。希瓦氏细菌基于其独特的胞外电子传递能力可以实现对放射性核素的还原，因而在U(VI)污染修复中具有很大的应用潜力。然而，由于其电子传递效率较低，限制了其在U(VI)等放射性核素污染修复中的实际应用。

针对上述问题，俞汉青教授课题组的范阳阳博士和汤强副研究员等利用CRISPR基因编辑技术，在全基因组尺度上系统改造和优化了希瓦氏细菌的电子传递网络，强化了胞内电子生成能力、电子跨膜转运能力和胞外电子穿梭体水平，进而显著提升了菌株的胞外电子传递水平以及U(VI)的还原能力。该工作首次将基因编辑技术应用于受U(VI)放射性核素污染环境的修复，并展现出了良好的实际应用前景。该工作也为CRISPR基因编辑技术的环境领域应用提供了新思路。

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委员会创新群体、国家自然科学基金委员会青年基金等项目的支持。

图1  基于CRISPR基因编辑技术强化胞外电子传递水平和铀还原能力

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.1c03713