使用合成浸滤剂生物学用于从人为来源回收贵重有毒金属制造技术

本发明专利技术总体上涉及在金属氰化后对金属氰化物复合物进行生物还原的方法以及对氰化物进行生物水解的方法。更特定地，本发明专利技术允许将要容纳在合成宿主(如生氰的紫色色杆菌)内的整合的合成浸滤剂生物系统工程化，以用于电子废物的有效的贵金属回收和有毒金属修复；在所述合成宿主的设计和工程化中具有多达四个主要组分/模块：1)合成生氰作用；2)合成金属回收；3)合成氰解；以及4)用于浸滤剂生物学的合成回路。还公开能够将离子金属还原为呈纳米颗粒的离子金属(如金或银)的细菌，其包含汞(ll)还原酶(MerA)，所述酶在以下位置包含取代突变：V317、Y441、C464、A323D、A414E、G415I、E416C、L417I、I418D或A422N。还公开使用以异源氰化氢合酶基因和异源3

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用合成浸滤剂生物学用于从人为来源回收贵重有毒金属


[0001]本专利技术涉及一种使用酶分解氰化物的方法，以及一种用于合成浸滤剂生物学的合成金属回收方法。更特定地，本专利技术涉及工程化细菌用于涉及生氰作用、浸取的金属离子的还原、氰解(cyanolysis)和氰化物的下游再循环的工艺中的用途。还提供用于紫色色杆菌(C.violaceum)中的转录控制的工具。

技术介绍

[0002]氰化物易于与大多数主要金属和痕量金属组合形成氰化物复合物，这种特性使得它可用于从矿石提取金属。氰化钠在矿区最常用，其易溶于水，得到钠离子和氰离子CN
‑
。一些CN
‑
会转化为氰化氢HCN，并且其相对量取决于水pH。在高于9.0的pH下，CN
‑
是主要稳定形式。随着pH下降，转化为HCN的CN
‑
的量将增加，HCN易于形成气体并释放至空气中。因此，大多数采矿溶液被维持在高于10.0的pH下，以防止HCN气体的形成以及矿工因吸入而意外中毒。因为氰化物是碳基的，其易于与其他碳基物质反应，从而使得它对于许多活的生物体有毒。因此，含有氰化物的废物在处置前必须进行脱毒。常规方法包括碱性氯化法，所述方法既危险有昂贵。另外，在采矿中使用的氰化物没有快速分解为无害物质时会产生问题。即使这些毒性较低的物质也会在环境中持续存在很长时间，从而可能对水生生态系统造成问题。
[0003]电子废物再循环工业使用造成严重的环境风险的化学工艺：用于回收贵金属(如金)和去除有毒金属(如铅和汞)的当前工艺包括火法冶金(露天燃烧等)和湿法冶金(酸浸取和工业氰化或氰化物浴)；这些方法是能量密集型的，需要另外的电解步骤进行金属分离，并且具有极高污染性(Korte,F.,Spiteller,M.和Coulston,F.(2000)Ecotoxicology and Environmental Safety 46,241
‑
245；Fields,S.(2001)Environ Health Perspect 109,A474
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481)。人们已经努力研究使用生物技术浸取工艺来替代工业化学工艺，使得金属回收和修复更简单、有更高成本效益并对环境友好，并且科学家和工程师，如Brandl(Brandl,H.,Lehmann,S.,Faramarzi,M.A.和Martinelli,D.(2008),Hydrometallurgy 94,14
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17)、Watling(Watling,H.R.(2006),Hydrometallurgy 84,81
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108)和Rawlings(Rawlings,D.E.(2002),Annual Review of Microbiology 56,65
‑
91)已经对生物技术浸取领域作出了显著贡献。与通过酸溶进行贵金属回收的常规技术相比，当前在生物修复电子废物以回收贵金属(如金)方面的努力涉及使用产生浸滤剂的微生物(Korte,F.,Spiteller,M.和Coulston,F.(2000)Ecotoxicology and Environmental Safety 46,241
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245；Pham,V.和Ting,Y.P.(2009),Advanced Materials Research 71,661
‑
664；Liang,G.,Mo,Y.和Zhou,Q.(2010),Enzyme and Microbial Technology 47,322
‑
326；Chi,T.D.,Lee,J.C.,Pandey,B.D.,Yoo,K.和Jeong,J.(2011),Miner Eng 24,1219
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1222)。在此类微生物中，金属的生物修复和回收中涉及的浸滤剂通常是氰化氢。虽然可能的氰化氢泄漏对环境造成严重威胁，但是在生物采矿工业中使用微生物限制并最小化此类问题，因为上下文中的微生物既是生氰的(能够生成氰化物等效物)也是氰解的(能够使氰化物等效物脱毒)，从
而实际上确保，在所述生物浸取工艺期间不会有大量氰化物释放至环境中。
[0004]与现有工艺相反，通过在温和操作条件下工作的天然存在的微生物进行生物浸取可以允许以与自然生物地球化学循环类似的过程进行金属再循环，并因此减小对资源(如矿石、能量或填埋空间)的需求(Brandl,H.,Lehmann,S.,Faramarzi,M.A.和Martinelli,D.(2008),Hydrometallurgy 94,14
‑
17)。生物浸取受到关注是因为它代表“清洁技术”。作为浸取剂，氰化氢由多种细菌(例如紫色色杆菌(Chromobacterium violaceum)、荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)和铜绿假单胞菌(P.aeruginosa))和真菌(例如硬柄小皮伞(Marasmius oreades)、杯伞属(Clitocybe)物种、多孢菌属(Polysporus)物种)形成(Pham,V.和Ting,Y.P.(2009),Advanced Materials Research 71,661
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664)。氰化物作为次生代谢物形成，并且在微生物的寿命中持续短持续时间。虽然在多年前就得知了微生物的氰化物产生，但是仍然缺少关于许多物种的氰化物产生的定量数据(Liang,G.,Mo,Y.和Zhou,Q.(2010),Enzyme and Microbial Technology 47,322
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326)。然而，当前的生物回收和生物修复努力无法与浸取的成本效率的工业预期(有效的金属回收、短时间的生物浸取以及不依赖常规电解进行金属分离)相匹配(Faramarzi,M.A.等人,(2004),Journal of Biotechnology 113,321
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326；Krebs,W.等人,(1997),FEMS Microbiology Reviews 20,605
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617)，从而导致继续使用常规的湿法冶金和火法冶金方法进行金属修复。这种预期差异是由于微生物固有的次优浸滤剂代谢，并且缺乏在生物浸取后进行特定金属回收的合适的生物还原途径。
[0005]对开发由于再循环电子废物以保护我们的环境和保存自然资源的可持续技术存在迫切需要。本专利技术集中于从电子废物回收贵金属和去除有毒金属。使用强酸或氰化物的当前常规电子废物处理技术具有污染性。

技术实现思路

[0006]本专利技术总体上涉及在金属氰化后对金属氰化物复合物进行生物还原的方法以及对氰化物进行生物水解的方法。
[0007]本专利技术允许将要容纳在合成宿主(如生氰的紫色色杆菌)内的整合的合成浸滤剂生物系统工程化，以用于电子废物的有效贵金属回收和有毒金属修复。在所述合成宿主的设计和工程化中可能存在多达四个主要组分/模块：1)合成生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种分离的基因工程化细菌，其中所述细菌已经被至少一种多核苷酸分子转化；所述至少一种多核苷酸分子包含与至少一种启动子可操作地连接的异源汞(II)还原酶(MerA)基因，并且包含至少一个突变，所述突变使基因产物能够将离子金属还原为呈金属纳米颗粒的元素金属。2.根据权利要求1所述的分离的细菌，其中所述MerA基因包含编码氨基酸取代的一个或多个突变，其中所述氨基酸取代位于选自包含MerA编码序列的V317、Y441、C464、A323D、A323D(delΔ324
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365)、A414E、G415I、E416C、L417I、I418D和A422N的组的位置。3.根据权利要求1或2所述的分离的细菌，其中所述离子金属是离子金(Au
3+
)，其被还原为呈金纳米颗粒的元素金，或者是离子银(Ag
+
)，其被还原为呈银纳米颗粒的元素银，和/或其中在与包含未突变MerA基因的细菌相比时，所述至少一种分离的细菌具有对汞底物降低的还原能力。4.一种分离的基因工程化细菌，其中所述细菌已经被至少一种多核苷酸分子转化；所述至少一种多核苷酸分子包含与至少一种启动子可操作地连接的异源氰化氢合酶基因和异源3
‑
磷酸甘油酸脱氢酶突变基因。5.根据权利要求4所述的分离的细菌，其中所述氰化氢合酶基因是hcnABC和/或所述3
‑
磷酸甘油酸脱氢酶突变基因是serA，和/或其中所述分离的基因工程化细菌还包含至少一种多核苷酸分子，所述至少一种多核苷酸分子从重组DNA分子的N末端至C末端按顺序包含；(i)与组成型启动子可操作地连接的golS转录激活基因，以及与P
golTS
或P
golB
启动子可操作地连接的ph1F阻遏基因；(ii)由CviR激活的启动子和PhlF的操纵基因，以及(iii)与所述CviR激活的启动子可操作地连接的所述异源氰化氢合酶基因和所述异源3
‑
磷酸甘油酸脱氢酶突变基因中的一种或多种。6.根据权利要求5所述的分离的细菌，其中所述golS基因针对紫色色杆菌进行密码子优化，和/或其中所述golS基因是选自GolSmt1_A38I、GolSmt2_A38Q&N97D、GolSmt3_A38K&V60L和GolSmt4_D33P的突变体。7.根据前述权利要求中任一项所述的分离的细菌，其中所述细菌选自包含紫色色杆菌、荧光假单胞菌、铜绿假单胞菌和大肠杆菌的组和/或其中所述细菌在pH 10下稳定。8.一种分别从离子金(Au3+)回收呈金纳米颗粒的元素金或或者从离子银(Ag+)回收呈银纳米颗粒的元素银的方法，所述方法包括以下步骤：a)使根据权利要求1至7中任一项所述的分离的基因工程化细菌与包含离子金(Au3+)和/或离子银(Ag+)的浸取液接触；以及b)从所述浸取液回收所述元素金纳米颗粒和/或元素银纳米颗粒。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述接触是在碱性条件下进行。10.一种产生分离的基因工程化细菌的方法，其中所述细菌已经被至少一种多核苷酸分子转化；所述至少一种多核苷酸分子包含与至少一种启动子可操作地连接的异源汞(II)还原酶(MerA)基因，并且包含一个或多个突变，所述一个或多个突变使基因产物能够将离子金(Au
3+
)还原为呈金纳米颗粒的元素金或者将离子银(Ag
+
)还原为呈银纳米颗粒的元素银，所述方法包括以下步骤：a)对编码汞(II)还原酶(MerA)的基因进行易错PCR；
i)用所述PCR的产物转化至少一种细菌；ii)选择在包含Au
3+
和/或Ag+的培养基上生长的转化体；或者b)通过重叠延伸PCR对编码汞(II)还原酶(MerA)的基因进行多位点饱和诱变；i)用所述PCR的产物转化至少一种细菌；ii)选择在包含Au
3+
和/或Ag
+
的培养基上生长的转化体。11.根据权利要求10所述的方法，其中在部分a)中，所述PCR是用正向和反向引物来进行，其中所述正向引物包含SEQ ID NO:1中所示的核苷酸序列并且所述反向引物包含SEQ ID NO:2中所示的序列，和/或其中在部分b)中，所述PCR是用在靶位点V317、Y441和C464含有NNK和/或MNN的引物来进行。12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述选择涉及至少2种形式的选择，其中一种形式包括在包含Au
3+
和/或Ag
+
的琼脂板上进行选择，并且另一种形式包括在包含Au
3+
和/或Ag
+
的液体培养中进行选择。13.一种分离的基因工程化细菌，其中所述细菌已经被至少一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚文山，M，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：