膠球藻屬的新的抗輻射藻類的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及新的藻類，及其從水性環(huán)境中，尤其是從放射性環(huán)境中捕獲金屬的應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 放射性流出物主要由核電站產(chǎn)生。它們主要是來自乏燃料池的水、來自凈化罐的 水、來自核廠冷卻系統(tǒng)的水或被排放到環(huán)境中的最終流出物，運(yùn)些水或最終流出物由于不 活潑化合物被福射激活或由于放射性化合物的釋放和溶解，而最終含有放射性化合物。放 射性流出物的其它來源包括核醫(yī)學(xué)、提供放射化療的醫(yī)院和使用放射性材料的研究實(shí)驗 室。本發(fā)明還設(shè)及來自某些非核產(chǎn)業(yè)(例如稀±開采)的流出物。
[0003] 含有放射性化合物的流出物(尤其是水)可通過多種物理和化學(xué)方法進(jìn)行純化。但 是，運(yùn)些方法的運(yùn)行和設(shè)備的成本高，需要重型維護(hù)，并且生成大量的放射性廢物。此外，運(yùn) 些方法的應(yīng)用領(lǐng)域常常是有限的。例如，使用離子交換樹脂，W在核廠的水中維持低導(dǎo)電 性。運(yùn)些離子交換樹脂變得負(fù)載有放射性離子，并且當(dāng)飽和時，被儲存起來W等待適當(dāng)?shù)脑?處理加工，或被儲存在利用有毒或高反應(yīng)性化合物的條件下。
[0004] 進(jìn)一步地，一些現(xiàn)存的生物學(xué)方法使用例如細(xì)菌、真菌、酵母或植物，來純化受(放 射性或非放射性)有毒產(chǎn)物污染的介質(zhì)(工業(yè)流出物、天然介質(zhì)等）。運(yùn)些方法使用活的有機(jī) 體，（通過改變化學(xué)形態(tài))來濃縮、同化或降低污染化合物的毒性，或使用無生命的生物質(zhì)或 來自活的有機(jī)體的衍生物，對污染物進(jìn)行生物吸收。
[0005] 生物學(xué)方法通常具有比物理和化學(xué)方法更寬的應(yīng)用領(lǐng)域。它們不需要添加化學(xué)試 劑或產(chǎn)物，并且通常處理成本較低，因此具有經(jīng)濟(jì)利益。
[0006] 植物尤其是±壤或水的良好的純化者，因為植物具有代謝物、蛋白、酶、輸入機(jī)制、 膜通道、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等完整的系統(tǒng)，運(yùn)使得它們根據(jù)具體情況能固定有毒化合物，在植物的外 部或內(nèi)部與它們馨合，經(jīng)由特異性或非特異性的輸入途徑W不同的量與它們結(jié)合，將它們 隔離在細(xì)胞內(nèi)，改變它們的形態(tài)，從而使它們無害或毒性較小，使它們的可溶性變低，將它 們W非毒性的形式儲存在液泡中等。
[0007] 研究已經(jīng)示出，某些微生物能經(jīng)由生物吸附濃縮在稀溶液中的金屬離子，諸如Ag、 Al、Au、Co、Cd、Cu、Cr、Fe、Hg、Mn、Ni、饑、Pd、Pt、U、Th、Zn等（Whiteetal.,Inte;rnational 81〇(1616'1〇阿^〇11&81〇(16邑拘(1日11〇11，35:17-40，1995;1].5.化1.齡.6,355，172)。生物吸附 (biosorption)是生物質(zhì)利用無代謝活性的物理化學(xué)機(jī)制，經(jīng)由與位于細(xì)胞表面上的壁化 合物的官能團(tuán)相互作用，結(jié)合重金屬的能力。例如，已經(jīng)公開微生物的混合物W及細(xì)菌可用 于對重金屬進(jìn)行非選擇性生物吸收(biosorb) (U. S.化t. No . 7，479，220 ; PCT申請WO 03/ 011487)。
[000引其它方法使用死亡的生物質(zhì)或來源于活的有機(jī)體培養(yǎng)物的衍生化合物，來凈化金 屬污染的介質(zhì)。所采用的方法包括無生物活性的物理化學(xué)機(jī)制，諸如例如與在細(xì)胞壁中存 在的多糖的離子交換，絡(luò)合作用或吸附。
[0009] 已經(jīng)使用來源于藻類的生物質(zhì)，例如來源于藻類細(xì)胞壁的生物質(zhì)，來純化在廢液 中包含的金屬化.5.口曰1.齡.4,769,223;口(：1'申請胖0 86/07：346;1].5.化1.齡.5,648,313;口押 申請WO 2006/081932)。
[0010] 對于處理被放射性化合物污染的介質(zhì)，很少有方法使用活的有機(jī)體。實(shí)際上，在水 被放射性化合物污染或靠近放射性源的情況中，必須使用能經(jīng)受污染物的化學(xué)和放射學(xué)毒 性并且能W足W在工業(yè)凈化工藝背景中使用的量與運(yùn)些污染物結(jié)合的耐福射或抗福射的 有機(jī)體。
[0011] 還沒有對核流出物中的放射性核素進(jìn)行生物凈化方法。但是，在2011年3月11日發(fā) 生的福島核事故使日本考慮使用運(yùn)種類型的解決方案，其中使用了由脫水微藻擬小球藻屬 (Parachlorella sp.Binos)構(gòu)成的材料(WO 2010/024367)。5克脫水微藻可凈化1升組成與 福島反應(yīng)器的水類似的水。美國一直對利用生物學(xué)方法來純化放射性核素的可行性感興 趣。已經(jīng)考慮了念珠新月藻(Closterium moniliferum)(-種結(jié)合鎖的藻類）的應(yīng)用，但是 還沒有測試過運(yùn)種藻類積累放射性同位素或抗福射的能力（Krejci M.R.et al.， ChemSusChem,4:470-473，2011;Lovett R.A.,Nature，doi:10.1038/news.2011.195， 2011)。
[0012] 在天然環(huán)境中，積累放射性化合物的有機(jī)體通常經(jīng)受低放射性。例如，在切爾諾貝 利事故剛發(fā)生之后，對于水環(huán)境，反應(yīng)器冷卻罐中的水的內(nèi)部電離福射的劑量率不超過100 JiGyA，而且1986年的年最大累積劑量是0.0 IGy。而位于發(fā)電廠附近30km的區(qū)域內(nèi)，來源于 沉積在普里皮亞季河(Pripyat River)沉積物上的放射性核素的劑量率，在事故之后立即 增加數(shù)倍，達(dá)到〇.4mGy/h(Kryshev and Sazykina,Journal of Environmental Radioactivity,28:91-103,1995)〇
[0013] 在大多數(shù)情況中，針對用于消除放射性污染的材料或流出物的污染和/或用于濃 縮放射性化合物所提出的微生物對電離福射的抗性還沒有被測試。實(shí)際上，微生物用于提 取軸化)和社仰），而軸(U)和社仙）的主要同位素的活性低(例如，含lOiig/1的 238曬P5U的 溶液的活性分別是0.13Bq/l或0.8Bq/l)。11. S.Pat .No. 4，320，093公開了根霉菌(I?hizopus) 屬的真菌用于提取包含在水性流出物中的軸或社的應(yīng)用。專利GB 1,472,626公開了對預(yù)習(xí) 慣于軸的單細(xì)胞綠藻進(jìn)行X射線福照而獲得的單細(xì)胞綠藻突變體的應(yīng)用。另外，專利 GBl 507003公開了多種微生物，尤其是黑曲霉（Aspergi Ilus niger)和藍(lán)顫藻 (Oscillatoria cyanobacteria )的真菌，用于濃縮海水中天然存在的軸的應(yīng)用。 U. S.化t .No . 7,172,691公開了小球藻屬（化loreIla)、柵藻屬（Scenedesmus)、卵囊藻屬 (Oocyst is)和衣藻屬(Chlamydomonas)的活的光合藻類，用于濃縮來自水性介質(zhì)的放射性 污染物，尤其是軸的應(yīng)用，該水性介質(zhì)含軸濃度為約0~20ppm，運(yùn)代表 238U和235U的活性分別 為260Bq/l和ISOOBq^。相比之下，來自核乏燃料池的水的活性約為300,000Bq/l，該來自核 乏燃料池的水構(gòu)成本發(fā)明的微藻的生存環(huán)境。
[0014] 迄今為止，所公開的抗福射最強(qiáng)的有機(jī)體是原核生物?？垢Ｉ淦娈惽蚓?(Deinococcus radiodurans)種具有神奇的抗電離福射的能力，能在60Gy/hd福照下生長， 并且能在ISkGy的劑量下存活下來。
[0015] 但是，在福射耐受性與放射性核素或金屬的顯著積累之間沒有聯(lián)系。使用抗福射 細(xì)菌Deinococcus radiodurans作為放射性介質(zhì)的凈化者，需要對細(xì)菌進(jìn)行遺傳改造，W引 入使其能積累感興趣的金屬的基因。例如，已經(jīng)提出，為了在核廢物點(diǎn)進(jìn)行原位生物修復(fù)， 而使用經(jīng)遺傳改造的異常球菌(Deinococcus)屬的細(xì)菌，來表達(dá)能對有機(jī)化合物、金屬或放 射性核素進(jìn)行解毒或代謝的酶(PCT申請WO 01/23526)。最近，從高活性的放射性廢物點(diǎn)，分 離并且純化出了耐福射動球菌化ineococcus radiotolerans)種的細(xì)菌。運(yùn)些細(xì)菌被描述 為，能在大于IOGyA劑量率的離子福射的存在下降解有機(jī)污染物，并且利用已經(jīng)提出但還 沒有被證實(shí)的生物吸附，非選擇性消除放射性核素的污染化.S.Pat.No. 7，160，715)。
[0016]運(yùn)兩種有機(jī)體具有是非自養(yǎng)型細(xì)菌的缺點(diǎn)，因此需要外部供應(yīng)碳營養(yǎng)物，才能利 用它們的培養(yǎng)物。此外，與需要養(yǎng)分較少、細(xì)菌污染物敏感性較小的培養(yǎng)基的自養(yǎng)型有機(jī)體 相比，非自養(yǎng)型細(xì)菌培養(yǎng)物對污染物更敏感。
[0017]已公開了兩種耐福射的、自養(yǎng)型有機(jī)體。已經(jīng)研究了耐受電離福射仙5〇為6kGy)的 綠藻（化Iorophyceae)綱的微藻（Farhi E.et al. ,J.F*hys.Condens.Matt. ,20:104216, 2008)。另外，還鑒定出新的微藻物種Coccomyxa actinabiotis，它耐受電離福射，LD日0為 10kGy(PCT申請WO 2011/098979)。運(yùn)樣的福射耐受水平是罕見的，尤其在藻類中是罕見的。 通常來講，藻類抗電離福射的LD日日值在30Gy至1200Gy之間（International AtomiC Energy Agency, IAEA, ''Effects of ionizing radiation on aquatic organisms and ecosystems,"Technical Reports Series No.172,1976)。
[0018] 在PCT申請WO 2011/098979中描述的藻類Coccomyxa actinabiotis能攝取并且濃 縮水性介質(zhì)的溶液中的放射性或非放射性金屬離子，并且能在放射性介質(zhì)中生長。
[0019] 例如，含有該藻類的實(shí)際尺寸的池的純化測試W同等效果生成一定體積的廢物， 該廢物的體積約為在純化核廠的水的傳統(tǒng)方法中使用的離子交換樹脂的1/100。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 發(fā)明人現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，膠球藻(Coccomyxa)屬的其它微藻能攝取并且濃縮水性介質(zhì)的 溶液中的放射性離子，并且還能在放射性介質(zhì)中生長。
[0021] 發(fā)明人尤其發(fā)現(xiàn)，在核乏燃料池中，新的Coccomyxa物種在運(yùn)種富有電離福射但營 養(yǎng)物非常貧乏的環(huán)境中自發(fā)生長。
[0022] 發(fā)明人分離且表征了該新的物種，并在下文中將該新的物種稱為Coccomyxa C-IR3-4C。和Coccomyxa actinabiotis-樣，該藻類即耐福射，而且還是放射性核素的積累 者。根據(jù)布達(dá)佩斯條約，該微藻于2013年1月29日保藏在藻類和原生動物培養(yǎng)物保藏機(jī)構(gòu) (Qilture Collection of Algae and Protozoa,CCAP，英國，海洋科學(xué)蘇格拉協(xié)會，鄧斯代 夫納奇海洋實(shí)驗室（Dunstaffnage Marine LaboratoiT) ,GB-Oban,阿蓋爾郡（Argyll), PA371QA)，編號為CCAP 216/26。
[0023] Coccomyxa C-IR3-4巧巾的藻類的特征尤其在于，它們的對應(yīng)于18S核糖體RNA-ITS1-5.8S核糖體RNA-ITS2-28S核糖體RNA(起始）的基因包括:與SEQ ID N0:1的序列具有 至少96%同一性的序列，并且W遞增的優(yōu)先次序，包括與SEQ ID NO: 1的序列具有至少 97%、98%或99%同一性的序列。
[0024] 在對齊序列之后，使用BLAST黎工具，在由SEQ ID NO: 1的整條序列組成的比對窗 口上，計算上述同一性的百分比。
[00巧]Coccomyxa C-IR3-4巧巾的藻類還可表征為，對應(yīng)于ITS1-5.8S rRNA-ITS2的區(qū)域 與SEQ ID NO: I的序列的對應(yīng)區(qū)域具有至少96%的同一性。基于發(fā)明人的觀察，將運(yùn)一闊值 估計為96%，其中發(fā)明人示出該區(qū)域在Coccomyxa C-IR3-4C和其它Coccomyxae之間具有最 大95%的同一性，而其它Coccomyxae的ITS1-5.8S rRNA-ITS2彼此之間具有最大88%的同 一性。
[00%] Co