一股清新的氯气

在令人不安的有害废物问题世界中，很少有化合物像氯化溶剂那样麻烦。这些高密度有毒物质倾向于沉到地下水位以下，并在水池中聚集，然后在地下水中缓慢溶解，逐渐扩大污染区域。化学家有时称之为“不良分子”（参见侧边栏）的物质，能够抵抗微生物的降解——将受污染的水抽到地面进行处理是一项吃力不讨好的工作，因为土壤中的化学物质会继续渗入地下水位。

现在，康奈尔大学的一个研究团队发现了一种有前景的工具来帮助清理工作：一种细菌，它可以中和两种最常见的氯化溶剂，使其无害。这一发现发表在1997年6月6日出版的《科学》杂志上，使科学家们深入了解了脱氯生物的生物学——这些知识可以用来制定生物清理（或“生物修复”）各种环境污染物的策略。

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三氯乙烯 (TCE) 和四氯乙烯——更广为人知的名称是全氯乙烯或 PCE——是分布最广泛的麻烦氯化化合物。PCE 和 TCE 均有毒，并被怀疑是致癌物。然而，由于这些化合物在工业过程中的用途，它们无处不在。PCE 是干洗行业的主要成分；这两种化学物质都经常用于机械脱脂，并且是许多油漆稀释剂和防冻剂的成分。

直到最近，还没有已知细菌可以完全降解 PCE（尽管至少已鉴定出一种可以分解 TCE 的细菌）。但康奈尔小组在纽约州伊萨卡一家废弃污水处理厂的微生物混合培养物中发现了一种仅被称为 195 菌株的微生物。

研究人员发现了关于 195 菌株的一个非常有用的特性：它是一种厌氧细菌（意味着它不需要氧气进行呼吸），它实际上“呼吸”氯化溶剂——从化学物质的分解中提取能量用于其自然代谢。195 菌株中的酶催化一系列四步反应，其中氯原子从 PCE 中去除。PCE 分子内碳原子和氯原子之间原子键的断裂释放出能量，细菌利用这些能量来维持自身。对于这种微生物来说，PCE 的作用类似于人类的氧气。

195 菌株并不是第一个被发现可以从有机化学物质中去除氯的微生物。然而，其他微生物通常不会去除所有不需要的原子。相反，它们会产生中间反应产物，这些产物可能与原始毒物一样糟糕或更糟。例如，从 PCE 上取下一个氯原子会产生 TCE。剥离两个会产生顺式-二氯乙烯，一种疑似致癌物。切除第三个会产生氯乙烯，一种已知致癌物。

只有去除 PCE 的所有四个氯原子，才能留下真正无害的副产品：乙烯（乙烯），一种简单的碳氢化合物。键合的氯原子和碳原子与发酵有机物产生的氢气反应，形成碳-氢键和盐酸，然后盐酸与地下丰富的金属离子反应，形成无害的盐。195 菌株，最终可能被命名为脱卤球菌属 ethenogenes，是第一种可以将有害的 PCE 完全降解为安全成分的微生物。

尽管 195 菌株具有明显的潜力，但它不会立即在世界各地的危险废物场地中找到归宿。斯坦福大学环境工程学教授佩里·L·麦卡蒂（也是《科学》杂志一篇配套文章的作者）解释说，这些微生物通常不会在土壤中大量繁殖。195 菌株和其他脱氯剂只有在能够获得分子氢源的情况下才能茁壮成长，分子氢源提供打破溶剂分子中氯-碳键所需的电子。但在野外，普通微生物会捕获大部分氢提供的电子以满足自身代谢需求。

康奈尔团队成员詹姆斯·M·戈塞特正在进行的持续研究，重点是如何改变污染场地的土壤条件，以增加 195 菌株及其同类可用的氢量，并确定这些微生物所需的最佳营养混合物。在未来一年，戈塞特将参与一项空军、海军和 EPA 的联合研究，该研究将在内华达州法伦海军航空站的土壤中放置潜在的氢源，以鼓励脱氯剂的生长。如果这种方法不起作用，该小组可能会尝试在当地的地下水中添加一种混合培养物，其中包括 195 菌株以及其他伙伴细菌。

195 菌株也提出了一些有趣的科学难题。这种微生物似乎与真细菌域（包括大多数已知细菌的系统发育域）中的任何其他属无关。195 菌株不寻常的饮食也让康奈尔大学的科学家们想知道它是如何进化的。“对于像这样的细菌，最大的问题是，在人们将 PCE 倾倒到环境中之前，它在做什么？” 本文的合著者之一、微生物学家斯蒂芬·H·津德说。

195 菌株的困难之一是它很难培养，因此研究人员可能会有一天考虑克隆其有价值的脱氯基因，并将其插入到一种更容易生长的生物体中。然而，这项工作是未来的事情。目前，津德只是试图获得对这些神秘微生物的基本了解。“当我们几年前开始研究这个领域时，我们将其比作巴斯德之前的酿酒，”他说。“我们真的试图将此从一门艺术变成一门科学——了解参与者[细菌]是谁以及它们喜欢什么。”