وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) از باتری های ذخیره سازی با ظرفیت بالا برای ذخیره انرژی الکتریکی استفاده می کنند که موتور آنها را تغذیه می کند. بیشتر باتری‌های EV از ترکیب خاصی از فلزات برای نگه‌داشتن شارژ باتری استفاده می‌کنند که اکسیدهای کبالت نیکل منگنز لیتی دار در مقیاس نانو نامیده می‌شوند. همچنین به عنوان شناخته شده است مواد NMC. مواد NMC می توانند مقادیر زیادی انرژی را ذخیره کنند، و آنها را برای باتری ها ایده آل می کند، اما اگر باتری ها به درستی بازیافت نشوند، خود فلزات می توانند در خاک و آب سمی باشند.
باتری‌های NMC ترکیب خاصی از فلزات سمی را به جا می‌گذارند، بنابراین محققان می‌توانند نحوه واکنش باکتری‌ها به این زباله‌ها را هنگام ورود به محیط بررسی کنند. دانشمندان امیدوارند با درک چگونگی سازگاری باکتری ها با فلزات سمی، پیش بینی کنند که چگونه فناوری های جدیدی مانند باتری های EV بر محیط زیست تأثیر می گذارد.
در سال 2019، تیمی از محققان دانشگاه مینه سوتا گزارش دادند که یک باکتری معمولی خاک، به اصطلاح شوانلا اونیدنسیس می تواند به سرعت در برابر مواد NMC مقاومت می کند، اما آنها نمی دانستند چگونه. تکامل واقعی ژن‌های مفید معمولاً طی هزاران نسل اتفاق می‌افتد، اما شوانلا اونیدنسیس خیلی سریعتر سازگار شوند این تیم اخیراً مطالعه‌ای را برای تعیین مکانیسم‌های ژنتیکی پشت مقاومت فلزی منحصربه‌فرد این باکتری انجام داده‌اند.
آنها با تجزیه و تحلیل توالی DNA کامل 33 شروع کردند شوانلا مستعمراتی که در برابر ضایعات NMC خالص یا فلزات فردی مانند نیکل و کبالت با استفاده از فرآیندی به نام مقاوم بودند. توالی یابی کل ژنوم. آنها انتظار داشتند جهش‌های DNA را در ژن‌هایی بیابند که نحوه جذب باکتری‌ها و دفع فلزات سمی را که آنها را مقاوم می‌کند، کنترل می‌کند. شوانلا مزیت بقای سمیت فلز NMC با این حال، آنها هیچ جهش DNA در ژن های مرتبط با فلز پیدا نکردند. در عوض، آنها دریافتند که یک ناحیه DNA خاص 10 تا 15 بار در تمام 33 کلنی مقاوم به NMC یا مقاوم به فلز تکرار شده است. این نتیجه به محققان نشان می دهد که یک سازگاری موقت، به جای تکامل ژنتیکی واقعی، مسئول مقاومت باکتری در برابر فلزات است.
محققان می خواستند در مورد ناحیه DNA تکراری در مقاوم در برابر فلز اطلاعات بیشتری کسب کنند شوانلابنابراین آنها روی 2 مکانیسم تکثیر ژنی که ممکن است به عنوان سازگاری موقت در آنها عمل کنند، تمرکز کردند شوانلا. مکانیسم اول مستقیماً نواحی DNA را برای ایجاد نسخه‌های اضافی از یک ژن، از طریق فرآیندی به نام، تکثیر می‌کند تکثیر ژنتیکی. مکانیسم دوم بخش های DNA را حرکت می دهد، به اصطلاح عناصر ژنتیکی متحرک، در بخش های مختلف DNA برای ایجاد نسخه های اضافی از یک ژن.
برای آزمایش اینکه آیا هر یک از این مکانیسم ها باعث تکرار ژن در آن می شود یا خیر شوانلاتیم، باکتری ها را در محیط های مایع مختلف که فقط حاوی کبالت، فقط نیکل، یا کبالت و نیکل با هم بودند، پرورش دادند. محققان از تکنیکی استفاده کردند که مقدار دقیق DNA را در یک توالی مشخص اندازه گیری می کند واکنش زنجیره ای پلیمراز کمی (qPCR)، برای محاسبه چند ناحیه DNA تکراری در هر توالی ژنوم. آنها دریافتند که نه کبالت و نه نیکل به تنهایی باعث تکثیر DNA نمی شوند. اما باکتری‌های رشد یافته در محیط‌های کبالت و نیکل با هم دارای 8 نسخه اضافی از ناحیه DNA بودند. این نشان می دهد که چیزی در ترکیب نیکل و کبالت باعث تکرار ژن می شود.
برای تعیین اینکه آیا این تکثیر ژن فقط با نیکل و کبالت اتفاق می‌افتد یا خیر، تیم نیکل را با مس و روی در محیط رشد جایگزین کرد. گذاشتند شوانلا سلول‌ها به ترکیب‌های مختلف این فلزات با استفاده از یک آرایه صفحه 96 چاهی، تکنیکی به نام a تجزیه و تحلیل شطرنجی. سپس فرآیند qPCR را برای اندازه گیری ناحیه DNA تکراری تکرار کردند. آنها دریافتند که هیچ ترکیب فلزی دیگری باعث تکرار ژن نمی شود و این نشان می دهد که نیکل و کبالت با هم سمی هستند و تکرار ژن به این سمیت ترکیبی پاسخ می دهد.
در نهایت، محققان عملکرد ناحیه DNA تکراری را شناسایی کردند. آنها دریافتند که یکی از ژن های موجود در منطقه شامل پروتئین خاصی است که یون های فلزی و سایر سموم را از سلول بیرون می راند. پروتئین پمپ جریان. این تیم فرضیه ای را مطرح کردند که این پروتئین پمپ خروجی مسئول حذف کبالت و نیکل از سلول های باکتری است. برای آزمایش این نظریه، آنها خود را اصلاح کردند شوانلا سلول های فاقد ژن پمپ جریان در محیط حاوی کبالت، نیکل، یا کبالت و نیکل با هم. آنها دریافتند که باکتری های اصلاح شده زمانی که تنها با نیکل درمان شوند به خوبی رشد می کنند، اما در صورت درمان با کبالت به تنهایی یا درمان ترکیبی رشد نمی کنند، که نشان می دهد پروتئین پمپ خروجی برای شوانلا برای مقاومت در برابر سمیت کبالت
بر اساس آزمایش‌های خود، تیم به این نتیجه رسیدند که نیکل و کبالت با هم باعث ایجاد یک رویداد تکراری ژن می‌شوند. شوانلا اونیدنسیس. این رویداد تکراری ژن باعث افزایش تعداد پروتئین‌های جریان در بدن می‌شود شوانلا که می تواند کبالت را دفع کند و اساس مقاومت منحصر به فرد آن در NMC است. آنها پیشنهاد کردند که محققان آینده باید سازگاری‌های موقتی شبیه به تکرار ژن در باکتری‌ها را مطالعه کنند تا نحوه واکنش آنها به زباله‌های الکترونیکی و سایر فناوری‌های جدید را بررسی کنند.
بررسی ها: 1,578
