东方时讯网某些种类的微生物已经进化到可以在恶劣的环境中生存，即使是那些以前被认为过于极端而无法维持生命的微生物。其中包括矿山和工业污水等富含重金属的环境。另一方面，众所周知，人类接触有毒水平的金属(如镉和汞)会导致健康风险，包括癌症和多器官系统受损。
重金属通过与最佳金属竞争重要的蛋白质结合位点或通过氧化应激诱导细胞损伤，这会损害DNA和其他细胞成分。随着工业革命以来环境中重金属污染的增加，人们越来越需要有效的修复方法。
重金属的生物修复
生物修复是使用自然发生的或故意引入的生物来消耗和分解环境污染物并清理受污染的场地。自1960年代和70年代以来，微生物已被用于大规模生物修复，当时研究人员首次开始使用细菌物种的混合物来帮助清理漏油。
到目前为止，虽然许多研究主要集中在单一物种的生物修复可能性上，但一些研究发现，微生物物种的混合培养可能具有更多优势。最近，由于其他修复方法的费用和毒性，对微生物在重金属生物修复中的作用的研究已成为人们相当感兴趣的话题。
金属阻力机制
了解微生物如何承受对人类和其他生物有毒的重金属浓度是开发有效生物修复技术的基础。虽然大多数细菌已经进化出一些金属耐受性机制，但嗜金属菌(金属爱好者)已经适应了在极高浓度下的生存。这使他们能够避免暴露的毒性作用，这通常会通过氧化损伤和次优金属辅助因子与蛋白质结合位点的结合而导致细胞死亡。微生物可以通过多种机制耐受高浓度金属：
螯合：细胞可能使用细胞壁成分(如胞外多糖或铁载体)来螯合有毒金属和/或细胞内金属结合蛋白(例如金属硫蛋白)，以减轻重金属中毒和减轻超氧化物应激。
转化：酶将金属转化为更无害的形式，这些形式可能毒性较小，生物利用度较低或两者兼而有之(例如还原为不溶性形式)。
流出：精确的流出系统可降低细胞内特定金属的浓度。
金块的扫描电子显微镜图像，显示细菌状(细菌状)结构。学分：维基百科
嗜金属菌的生物修复应用
嗜金属菌跨越3个微生物分类群：细菌、真菌和古细菌。因此，对所有3个组的成员都进行了生物修复潜力评估。
细菌
自1970年代以来，细菌金属耐受机制得到了深入研究。“细菌炼金术士”Cupriavidusmetallidurans于1976年在比利时的一家锌厂被发现，后来又在澳大利亚的一个金矿发现了生物膜，这些都是开创性的，并导致寻找更多的嗜金属菌。C.metallidurans不是真正的炼金术士(将物质变成金的炼金术士)，因为它利用预先存在的金来沉淀固体金纳米粒子，但它可用于净化含重金属的废水。该生物证实细菌积极参与稀有和贵金属的生物地球化学循环，并已被用作研究嗜金属菌的模式生物。
除了C.metallidurans之外，还发现了许多其他细菌嗜金属菌，其中一些还被用于重金属的生物修复。一个例子是球形红细菌通过沉淀惰性化合物(包括硫化铅和硫酸铅)对土壤中的铅进行生物修复。铅中毒会导致人类发育受损、短期记忆丧失和心血管疾病。污染源包括含铅汽油、铅管和工业过程，铅污染仍然是一个严重的问题，尤其是在拥有许多含铅材料的旧建筑的发展中国家。
菌类
因为它们包括许多容易在各种栖息地中生长的嗜金属物种，所以真菌也具有从陆地和水生环境中去除重金属的巨大潜力。褐腐真菌(Gloeophyllumsepiarium)被证明可以在6个月后将土壤中有毒的四价铬水平降低到无毒形式的三价铬，降低94%。反复接触高浓度的铬可能导致人类患癌症的风险增加、血细胞减少和肾损伤。许多食物中都含有铬，但含量取决于生产它们的土壤和水中的浓度。它经常从来源渗入土壤和水道，例如电镀、皮革鞣制和纺织工业。
海洋环境是真菌可用于生物修复的另一种环境。含有黑曲霉和木霉属的海洋沉积物。与传统化学方法或细菌物种相比，砷、锌和镉的生物浸出率(一种在微生物的帮助下从低品位矿石中提取金属的采矿过程)明显更高。这些金属是天然存在的。然而，人类活动可能会增加水和土壤中的含量，人类接触可能会增加患癌症、胃肠道功能障碍、贫血以及肺和肾功能受损的风险。
古细菌
众所周知，古细菌能在极端环境中茁壮成长，因此在该分类群中发现多种嗜金属物种也就不足为奇了。例如，Methanobacteriumbryantii是一种抗铜产甲烷菌，它会分泌铜结合蛋白，以减少剧毒金属对其自身及其生态系统同居者的负面影响。铜在土壤和水中的含量很低，但人为活动，例如为“清洁”能源生产(例如，太阳能、水力、热能和风能)开采铜，可能导致将有毒水平的铜引入到土壤中当地的水源。
Pyrobaculumislandicum是一种厌氧超嗜热菌，可以将包括铀、铬和钴在内的几种有毒金属还原为毒性较小的形式。这些金属自然存在于环境中，钴甚至是人类必需的微量营养素，因为酶促辅因子钴胺素(维生素B12)的正常功能需要钴。然而，在采矿和制造场所，土壤和水源可能会受到这些金属有毒水平的污染，这可能会对使用这些资源的社区造成负面健康影响，包括心脏病和肝病。
嗜金属试剂的其他潜在作用
益生菌
人类可能会通过食物、水、产品和环境接触到有毒水平的重金属。由于并非所有这些潜在的接触途径都可以安全地减少，因此另一个研究领域是人体内的生物修复。鉴于人类微生物群的某些成员有代谢金属的倾向，人们假设益生菌可以用作人类金属解毒的策略。例如，通常用作食品添加剂的乳酸杆菌菌株可能含有促进重金属螯合到其细胞表面的质粒。发现鼠李糖乳杆菌GR-1菌株可以保护孕妇免受汞和砷进一步增加的影响。最近，另一种益生菌PediococcusacidilacticiGR-1被发现可以降低重金属水平通过调节肠道微生物群，特别是通过富集Blautia和双歧杆菌，在金属行业的人类职业工人的血液中。
稀土金属回收
稀土金属(钪、钇和镧系元素)因其电磁、催化和光学特性而被用于许多现代高科技产品。然而，由于它们相似的化学性质，它们很难分离，而且目前的分离技术对环境有毒且在能量上不利。蓝细菌，例如Nostocsp。20.02，最近被确定为稀土金属的有效生物吸附剂，有可能大大降低与当前分离技术相关的成本和危险，因为蓝藻易于生长并且不需要强酸性或碱性条件或对环境有毒的化学物质.
微生物在金属浓度高的地方生存的能力证明了它们令人难以置信的适应性。这些物种和群落代表了各种环境中金属修复的宝贵资源。当前生物修复方法的一些局限性包括驯化时间长、分离物的可生物降解效率的变化和污泥的产生。
微生物基因工程的最新进展为研究人员提供了一个令人兴奋的机会来编辑嗜金属微生物的生长或从天然微生物中产生嗜金属微生物。这些改进有可能克服目前生物修复技术的局限性，并为工业公司提供一种解决方案，以最大限度地减少它们对环境的负面影响。