工程动物表达微生物酶助力甲基汞生物修复：开启生态净化新征程

甲基汞（MeHg）在食物链中生物放大，危害人类和野生动物健康，现有修复技术难以应对。研究人员通过工程改造果蝇和斑马鱼，使其表达 MerA 和 MerB 酶。结果显示，工程动物汞积累减少且抗性增强。该研究为生物修复提供新方向。

　　在大自然的生态舞台上，汞，这个看似低调却极具破坏力的 “隐藏杀手”，正悄然威胁着整个生物世界的健康与平衡。汞广泛存在于地壳中，由于地质活动以及人类的各类生产活动，如金矿开采等，大量汞被释放到环境里。在环境中，汞有着多种 “面貌”，像挥发性的元素汞（Hg⁰）、无机汞（Hg²⁺），还有毒性超强、生物可利用性高的甲基汞（MeHg）。其中，MeHg 堪称 “头号危险分子”，它能在食物链中疯狂 “攀爬”，不断富集和放大，尤其是在水生生态系统中，对生物的影响极为深远。一旦生物摄入 MeHg，它就像一个 “捣乱分子”，轻易穿过胃肠道被吸收，还能突破血脑屏障和胎盘，严重损害神经系统、心血管系统、生殖系统和免疫系统。许多地区，像巴布亚新几内亚的 Lake Murray、美国的佛罗里达大沼泽地，都深受汞污染之害，当地鱼类、野生动物以及依赖鱼类为食的人类，健康都受到了极大威胁。

面对汞污染这一严峻挑战，传统的生物修复技术，如微生物修复和植物修复，虽各有 “本领”，但都存在明显的短板。微生物难以接触到被困在其他生物体中的汞，植物则无法有效应对已经进入动物体内的汞，这使得汞污染的治理陷入了困境。

为了突破这一困境，来自澳大利亚麦考瑞大学（Macquarie University）等机构的研究人员勇敢地踏上了探索之旅。他们开展了一项极具创新性的研究，试图通过基因工程技术，赋予动物新的 “超能力”，使其能够高效地应对甲基汞的威胁。研究人员将目光聚焦在两种微生物酶 —— 有机汞裂解酶（MerB）和汞还原酶（MerA）上。他们设想，如果能让动物表达这两种酶，是否就能实现对甲基汞的有效转化和清除呢？带着这个疑问，研究人员进行了一系列实验。

研究人员运用了基因工程技术，将来自大肠杆菌的 MerA 和 MerB 基因，通过精心设计和操作，分别导入果蝇（Drosophila melanogaster）和斑马鱼（Danio rerio）体内。在果蝇实验中，研究人员对基因进行了密码子优化，使其更适合在果蝇中表达，并利用 PhiC31 介导的整合技术，将表达载体精准地整合到果蝇基因组的特定位置。对于斑马鱼，研究人员构建了双表达载体，借助 Tol2 转座酶介导的整合，让 MerA 和 MerB 基因成功在斑马鱼体内安家落户。为了检测这些工程动物对甲基汞的处理能力，研究人员开展了一系列严格的实验，包括生物富集实验、汞挥发实验和毒性实验等。

在昆虫汞生物修复实验中，研究人员发现，表达 MerA 和 MerB 的果蝇（Fly/EcMerA+B）在接触含有甲基汞的食物后，体内总汞含量比野生型果蝇（WT）减少了 83%，而且其体内 29% 的汞以 Hg²⁺的形式存在，而野生型果蝇中这一比例仅为 2%。通过测量 Hg⁰挥发量，研究人员进一步证实，Fly/EcMerA+B 能够将摄入的甲基汞转化为 Hg⁰并挥发出去，在 6 天的实验中，有 10% 的甲基汞被转化为 Hg⁰。此外，毒性实验表明，Fly/EcMerA+B 对甲基汞的毒性具有很强的抵抗力，即使在高浓度甲基汞环境下，其羽化率也不受明显影响，而对照组 Fly/Empty Vector 在高浓度甲基汞下羽化率大幅下降。

在鱼类汞生物修复实验中，研究人员同样取得了令人瞩目的成果。成年斑马鱼暴露在甲基汞环境中一段时间后，表达 MerA 和 MerB 的斑马鱼（Fish/EcMerA+B）体内总汞含量比对照组降低了 64%，且大部分汞以 Hg²⁺的形式存在。在对斑马鱼幼体的实验中，研究人员发现 Fish/EcMerA+B 幼体能够将 7% 的甲基汞转化为 Hg⁰挥发出去。同时，毒性实验显示，Fish/EcMerA+B 幼体对甲基汞的耐受性更强，在较高浓度甲基汞环境下，其存活率和游泳能力受影响程度明显小于野生型和对照组。

这项研究成果意义非凡。它首次证明了动物可以通过表达微生物酶来修复甲基汞污染，为生物修复领域开辟了全新的道路。通过工程改造动物，不仅能够减少污染场地的总汞含量，还能有效阻断甲基汞在食物链中的生物放大，保护高营养级生物免受汞毒性的危害。此外，动物体内产生的 Hg⁰，在不同的应用场景下都有妥善的处理方式，比如在封闭设施中可以通过通风系统捕获，在自然环境中则会被大气稀释，降低对生物的危害。而且，动物的转基因生物遏制技术已经相对成熟，这为该技术的实际应用提供了有力保障。

研究人员在这项研究中主要运用了基因工程技术，将外源基因导入动物体内；利用冷蒸汽原子荧光光谱结合金汞齐化汞预富集技术，精确测量汞的挥发量和含量；采用生物化学分析方法，对动物组织中的汞形态进行分析；还通过构建转基因动物模型，观察和评估工程动物对甲基汞的处理能力和抗性。

在研究结果部分，首先是昆虫汞生物修复。通过构建 Fly/EcMerA+B 果蝇模型，并进行生物富集、Hg⁰挥发和毒性实验，发现该果蝇模型能有效降低体内汞含量，将甲基汞转化为 Hg⁰挥发，且对甲基汞毒性具有抗性。其次是鱼类汞生物修复。构建 Fish/EcMerA+B 斑马鱼模型，经生物富集、Hg⁰挥发和毒性实验表明，该模型能减少体内汞积累，将甲基汞转化为 Hg⁰，并提高对甲基汞的耐受性。

在研究结论和讨论部分，研究人员成功证明了工程动物表达 MerA 和 MerB 酶能够有效转化甲基汞为挥发性 Hg⁰，显著降低动物组织中的汞含量，同时增强动物对汞毒性的抵抗力。这一成果为甲基汞污染的生物修复提供了新的策略和方向，有望应用于实际环境修复和有机废物处理。然而，未来还需要进一步研究更适合野外应用的物种，评估它们从各种污染食物源中提取甲基汞的能力，并进行全面的质量平衡核算。同时，对于转基因动物产生的 Hg⁰在不同环境中的归宿和影响，也需要深入探究，以确保该技术的安全性和有效性。总之，这项研究为解决甲基汞污染问题带来了新的希望和可能，为生态环境保护和人类健康保障做出了重要贡献。