生态环境治理已经成为全球面临的重大问题。高度稳定的重金属离子可以通过食物链逐渐富集，最终对全球粮食安全和人类健康构成严重威胁。微生物处理重金属具有成本低，效率高的优势，但自然微生物无法满足快速修复的需求。随着合成生物学的兴起和技术的不断进步，通过设计基因线路来控制生物体的行为，使转基因微生物的环境可控释放成为可能。
近日，中科院微生物所采用汞离子生物治理为例，设计了重金属修复的智能自调控基因线路。该基因线路可以感知环境重金属汞离子浓度的变化，自动启动重金属吸附、菌体回收和自杀模块基因的程序化表达，过程中无需任何外源诱导剂和人工干预。相关研究成果发表于《Environmental Microbiology》杂志，论文标题为“Mercury Bioremediation by Engineered Pseudomonas putida KT2440 with Adaptationally Optimized Biosecurity Circuit”。
研究团队将菌株投入含有汞离子的水体中后，细菌转录因子（MerR，Mercuric-responsive transcriptional regulator）被汞离子从启动子上解离下来，启动子（PmerT）启动重金属吸附蛋白和四环素阻遏蛋白（TetR）的表达。在处理后期，重金属离子随着细胞被富集回收，水体的重金属离子浓度将持续降低。当环境及细胞内汞离子浓度下降到低于启动子响应的阈值后，残留在水体中的工程菌株中PmerT启动子将无法继续启动TetR蛋白基因的表达。PLtetO启动子将自动启动防逃逸元件（致死蛋白）的表达，水体残留或逃逸到无污染环境中的工程微生物将无法存活，从而实现生态安全。
该研究为利用微生物开展生态环境修复提供了借鉴，也为假单胞菌合成生物学研究提供了一批优良的元件。
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