胶球藻属的新的抗辐射藻类的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及新的藻类，及其从水性环境中，尤其是从放射性环境中捕获金属的应 用。
【背景技术】
[0002] 放射性流出物主要由核电站产生。它们主要是来自乏燃料池的水、来自净化罐的 水、来自核厂冷却系统的水或被排放到环境中的最终流出物，运些水或最终流出物由于不 活泼化合物被福射激活或由于放射性化合物的释放和溶解，而最终含有放射性化合物。放 射性流出物的其它来源包括核医学、提供放射化疗的医院和使用放射性材料的研究实验 室。本发明还设及来自某些非核产业(例如稀±开采)的流出物。
[0003] 含有放射性化合物的流出物(尤其是水)可通过多种物理和化学方法进行纯化。但 是，运些方法的运行和设备的成本高，需要重型维护，并且生成大量的放射性废物。此外，运 些方法的应用领域常常是有限的。例如，使用离子交换树脂，W在核厂的水中维持低导电 性。运些离子交换树脂变得负载有放射性离子，并且当饱和时，被储存起来W等待适当的再 处理加工，或被储存在利用有毒或高反应性化合物的条件下。
[0004] 进一步地，一些现存的生物学方法使用例如细菌、真菌、酵母或植物，来纯化受(放 射性或非放射性)有毒产物污染的介质(工业流出物、天然介质等）。运些方法使用活的有机 体，（通过改变化学形态)来浓缩、同化或降低污染化合物的毒性，或使用无生命的生物质或 来自活的有机体的衍生物，对污染物进行生物吸收。
[0005] 生物学方法通常具有比物理和化学方法更宽的应用领域。它们不需要添加化学试 剂或产物，并且通常处理成本较低，因此具有经济利益。
[0006] 植物尤其是±壤或水的良好的纯化者，因为植物具有代谢物、蛋白、酶、输入机制、 膜通道、内部结构等完整的系统，运使得它们根据具体情况能固定有毒化合物，在植物的外 部或内部与它们馨合，经由特异性或非特异性的输入途径W不同的量与它们结合，将它们 隔离在细胞内，改变它们的形态，从而使它们无害或毒性较小，使它们的可溶性变低，将它 们W非毒性的形式储存在液泡中等。
[0007] 研究已经示出，某些微生物能经由生物吸附浓缩在稀溶液中的金属离子，诸如Ag、 Al、Au、Co、Cd、Cu、Cr、Fe、Hg、Mn、Ni、饥、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)是生物质利用无代谢活性的物理化学机制，经由与位于细胞表面上的壁化 合物的官能团相互作用，结合重金属的能力。例如，已经公开微生物的混合物W及细菌可用 于对重金属进行非选择性生物吸收(biosorb) (U. S.化t. No . 7，479，220 ; PCT申请WO 03/ 011487)。
[000引其它方法使用死亡的生物质或来源于活的有机体培养物的衍生化合物，来净化金 属污染的介质。所采用的方法包括无生物活性的物理化学机制，诸如例如与在细胞壁中存 在的多糖的离子交换，络合作用或吸附。
[0009] 已经使用来源于藻类的生物质，例如来源于藻类细胞壁的生物质，来纯化在废液 中包含的金属化.5.口曰1.齡.4,769,223;口(：1'申请胖0 86/07：346;1].5.化1.齡.5,648,313;口押 申请WO 2006/081932)。
[0010] 对于处理被放射性化合物污染的介质，很少有方法使用活的有机体。实际上，在水 被放射性化合物污染或靠近放射性源的情况中，必须使用能经受污染物的化学和放射学毒 性并且能W足W在工业净化工艺背景中使用的量与运些污染物结合的耐福射或抗福射的 有机体。
[0011] 还没有对核流出物中的放射性核素进行生物净化方法。但是，在2011年3月11日发 生的福岛核事故使日本考虑使用运种类型的解决方案，其中使用了由脱水微藻拟小球藻属 (Parachlorella sp.Binos)构成的材料(WO 2010/024367)。5克脱水微藻可净化1升组成与 福岛反应器的水类似的水。美国一直对利用生物学方法来纯化放射性核素的可行性感兴 趣。已经考虑了念珠新月藻(Closterium moniliferum)(-种结合锁的藻类）的应用，但是 还没有测试过运种藻类积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] 在天然环境中，积累放射性化合物的有机体通常经受低放射性。例如，在切尔诺贝 利事故刚发生之后，对于水环境，反应器冷却罐中的水的内部电离福射的剂量率不超过100 JiGyA，而且1986年的年最大累积剂量是0.0 IGy。而位于发电厂附近30km的区域内，来源于 沉积在普里皮亚季河(Pripyat River)沉积物上的放射性核素的剂量率，在事故之后立即 增加数倍，达到〇.4mGy/h(Kryshev and Sazykina,Journal of Environmental Radioactivity,28:91-103,1995)〇
[0013] 在大多数情况中，针对用于消除放射性污染的材料或流出物的污染和/或用于浓 缩放射性化合物所提出的微生物对电离福射的抗性还没有被测试。实际上，微生物用于提 取轴化)和社仰），而轴(U)和社仙）的主要同位素的活性低(例如，含lOiig/1的 238晒P5U的 溶液的活性分别是0.13Bq/l或0.8Bq/l)。11. S.Pat .No. 4，320，093公开了根霉菌(I?hizopus) 属的真菌用于提取包含在水性流出物中的轴或社的应用。专利GB 1,472,626公开了对预习 惯于轴的单细胞绿藻进行X射线福照而获得的单细胞绿藻突变体的应用。另外，专利 GBl 507003公开了多种微生物，尤其是黑曲霉（Aspergi Ilus niger)和蓝颤藻 (Oscillatoria cyanobacteria )的真菌，用于浓缩海水中天然存在的轴的应用。 U. S.化t .No . 7,172,691公开了小球藻属（化loreIla)、栅藻属（Scenedesmus)、卵囊藻属 (Oocyst is)和衣藻属(Chlamydomonas)的活的光合藻类，用于浓缩来自水性介质的放射性 污染物，尤其是轴的应用，该水性介质含轴浓度为约0~20ppm，运代表 238U和235U的活性分别 为260Bq/l和ISOOBq^。相比之下，来自核乏燃料池的水的活性约为300,000Bq/l，该来自核 乏燃料池的水构成本发明的微藻的生存环境。
[0014] 迄今为止，所公开的抗福射最强的有机体是原核生物。抗福射奇异球菌 (Deinococcus radiodurans)种具有神奇的抗电离福射的能力，能在60Gy/hd福照下生长， 并且能在ISkGy的剂量下存活下来。
[0015] 但是，在福射耐受性与放射性核素或金属的显著积累之间没有联系。使用抗福射 细菌Deinococcus radiodurans作为放射性介质的净化者，需要对细菌进行遗传改造，W引 入使其能积累感兴趣的金属的基因。例如，已经提出，为了在核废物点进行原位生物修复， 而使用经遗传改造的异常球菌(Deinococcus)属的细菌，来表达能对有机化合物、金属或放 射性核素进行解毒或代谢的酶(PCT申请WO 01/23526)。最近，从高活性的放射性废物点，分 离并且纯化出了耐福射动球菌化ineococcus radiotolerans)种的细菌。运些细菌被描述 为，能在大于IOGyA剂量率的离子福射的存在下降解有机污染物，并且利用已经提出但还 没有被证实的生物吸附，非选择性消除放射性核素的污染化.S.Pat.No. 7，160，715)。
[0016]运两种有机体具有是非自养型细菌的缺点，因此需要外部供应碳营养物，才能利 用它们的培养物。此外，与需要养分较少、细菌污染物敏感性较小的培养基的自养型有机体 相比，非自养型细菌培养物对污染物更敏感。
[0017]已公开了两种耐福射的、自养型有机体。已经研究了耐受电离福射仙5〇为6kGy)的 绿藻（化Iorophyceae)纲的微藻（Farhi E.et al. ,J.F*hys.Condens.Matt. ,20:104216, 2008)。另外，还鉴定出新的微藻物种Coccomyxa actinabiotis，它耐受电离福射，LD日0为 10kGy(PCT申请WO 2011/098979)。运样的福射耐受水平是罕见的，尤其在藻类中是罕见的。 通常来讲，藻类抗电离福射的LD日日值在30Gy至1200Gy之间（International AtomiC Energy Agency, IAEA, ''Effects of ionizing radiation on aquatic organisms and ecosystems,"Technical Reports Series No.172,1976)。
[0018] 在PCT申请WO 2011/098979中描述的藻类Coccomyxa actinabiotis能摄取并且浓 缩水性介质的溶液中的放射性或非放射性金属离子，并且能在放射性介质中生长。
[0019] 例如，含有该藻类的实际尺寸的池的纯化测试W同等效果生成一定体积的废物， 该废物的体积约为在纯化核厂的水的传统方法中使用的离子交换树脂的1/100。
【发明内容】
[0020] 发明人现在发现，胶球藻(Coccomyxa)属的其它微藻能摄取并且浓缩水性介质的 溶液中的放射性离子，并且还能在放射性介质中生长。
[0021] 发明人尤其发现，在核乏燃料池中，新的Coccomyxa物种在运种富有电离福射但营 养物非常贫乏的环境中自发生长。
[0022] 发明人分离且表征了该新的物种，并在下文中将该新的物种称为Coccomyxa C-IR3-4C。和Coccomyxa actinabiotis-样，该藻类即耐福射，而且还是放射性核素的积累 者。根据布达佩斯条约，该微藻于2013年1月29日保藏在藻类和原生动物培养物保藏机构 (Qilture Collection of Algae and Protozoa,CCAP，英国，海洋科学苏格拉协会，邓斯代 夫纳奇海洋实验室（Dunstaffnage Marine LaboratoiT) ,GB-Oban,阿盖尔郡（Argyll), PA371QA)，编号为CCAP 216/26。
[0023] Coccomyxa C-IR3-4巧巾的藻类的特征尤其在于，它们的对应于18S核糖体RNA-ITS1-5.8S核糖体RNA-ITS2-28S核糖体RNA(起始）的基因包括:与SEQ ID N0:1的序列具有 至少96%同一性的序列，并且W递增的优先次序，包括与SEQ ID NO: 1的序列具有至少 97%、98%或99%同一性的序列。
[0024] 在对齐序列之后，使用BLAST黎工具，在由SEQ ID NO: 1的整条序列组成的比对窗 口上，计算上述同一性的百分比。
[00巧]Coccomyxa C-IR3-4巧巾的藻类还可表征为，对应于ITS1-5.8S rRNA-ITS2的区域 与SEQ ID NO: I的序列的对应区域具有至少96%的同一性。基于发明人的观察，将运一阔值 估计为96%，其中发明人示出该区域在Coccomyxa C-IR3-4C和其它Coccomyxae之间具有最 大95%的同一性，而其它Coccomyxae的ITS1-5.8S rRNA-ITS2彼此之间具有最大88%的同 一性。
[00%] Co