解密“吃”石油细菌

　　南开大学重大发现为今后石油开采带来新原动力———

　　“破译它的密码并不难，难的是我们一直试图寻找它‘吃’石油的原因。现在我们发现了它含有一般微生物所不具备的特殊酶，可以帮助降解重油。这在世界上也是首次重大突破！”昨天，南开大学泰达生物技术学院院长、长江学者王磊接受本报记者专访时表示，南开大学在世界上首次揭开可以降解重油的细菌的奥秘，破译了这一细菌的全基因组密码，揭示了其遗传信息并首次发现重要的代谢途径，为今后石油开采、石油运输和解决石油污染等难题带来新的原动力。

　　王磊向记者透露，有关这一发现的成果以论文的形式发表在国际顶级学术刊物《美国科学院院刊》（英文简称PNAS）上作为石油微生物研究领域的重要发现，南开大学目前已对“吃”石油细菌的关键发现申请国际专利保护。

　　“吃”石油细菌含有特殊酶

　　“为何只有它能‘吃’石油？为什么别的菌类不能降解重油？我们发现它具有一种特殊的酶，可以帮助降解重油。这是其他任何微生物和植物都不具备的特性！”王磊告诉记者，在显微镜下看，这些短杆状的“小家伙”具有很强的降解能力，同样是完全不能与水混合的重油，能“吃”石油的细菌很快会将重油降解成轻油，几天后用肉眼就可以看见原来“格格不入”的重油与水已经变成水油状的液体了，“速度非常快”。

　　所谓能“吃”石油的微生物，并非将石油资源“消灭”掉，而是拥有降解石油的特性，可以用于处理石油污染，帮助石油开采和运输。在自然界中，很多细菌能降解轻油，但重油却不易被降解，因此造成长期污染，一直以来治理石油污染面临很大挑战。目前，全球探明储量的石油中，超过60%的部分采用现有技术无法开采，主要是黏度高、流动性差的重油。

　　记者了解到，上个世纪80年代南开大学就开始着手石油微生物的分类与应用方面的工作。“我们从不同的地方筛选了红球菌、假单孢菌、芽孢杆菌等大量石油微生物，部分菌杆应用于油田的现场开采试验并取得了较好的效果。”

　　上个世纪90年代，这篇论文作者之一、南开大学生命科学学院教授刘如林等科研人员在天津大港油田发现了一种嗜热脱氮土壤芽孢杆菌，师生为它取名“NG80-2”。它在45摄氏度至73摄氏度的条件下存活，能以原油为唯一的“食物”，具有独特的降解重油和产生表面活性剂的能力。但10多年来，它的基因“密码”始终是难解之谜。

　　四年破译LadA吃油密码

　　从2003年开始，由王磊领导的科研小组开始对这株细菌的基因组进行破译，值得关注的是，论文的共同第一作者为南开大学青年教师冯露和王威，整个项目研究成员全部为南开师生。这一课题得到了“十五”国家863计划和天津市科技创新专项资金的资助。

　　2005年，王磊领导的科研小组成功破译了“吃”石油细菌的全基因组密码，“但我们没有公布这一消息。”王磊表示，“我们只知道它能干这事，但一直不知道为什么它能这样的原因。”随后，课题组综合运用功能基因组学和蛋白组学方法，对NG80-2进行深入系统的研究，最终在国际上首次鉴定了长链烷烃(俗称“重烃”)的微生物降解途径。正是一种关键的生化酶，能帮助这种细菌将重油的主要成分——长链烷烃降解为小分子。

　　“关键是以前我们利用微生物处理石油污染往往只适用于轻油。特别是人们对于微生物如何处理石油污染的分子机理尚未形成确定的认识。对LadA进行鉴定后，我们就可以改良细菌品种，扩大到石油开采、运输和治理石油污染等多方面领域。”王磊说。

　　降解重油提高开采率

　　王磊向记者介绍，发现了NG80-2的奥妙，可以将之应用于石油开采、石油运输和治理石油污染中。由于可将重油中的分子量变小，使之转变为轻油。在石油开采中，一旦上层的轻油被开采后，附着在地下深处岩石的重油在NG80-2的降解下，可有效降低黏稠度，方便石油的进一步开采。早在上世纪80年代，大港油田的现场试验就表明NG80-2可有效提高采油率达6.6%。

　　而在石油管道运输过程中，重油因黏稠度高容易附着在管壁上，不利于石油的顺利流动甚至会造成淤堵。用NG80-2可降低黏稠度，石油也会“跑”得快了。发现NG80-2“吃”石油的奥秘后，对付石油污染迎刃而解，对于不容易降解的重油先用NG80-2将之分解为轻油，然后进行清洁工作。

　　据了解，微生物采油技术主要是通过微生物在恶劣的油藏环境中生长代谢，降解油烃分子，产生表面活性剂、有机酸、气体、溶剂和聚合物等物质，有效地降低岩石、油、水系统的界面张力，降低黏度，增加压力，疏通岩孔，增加流动性，提高采油率。

　　记者了解到，南开大学课题组对NG80-2的破译，是中国科研人员的一项突破。南开校长饶子和院士领导的课题组已经着手研究LadA的三维结构，并采用基因操作手段改造蛋白，预期未来两三年内将实现其在野外的石油降解试验。

　　吃油细菌不怕热

　　究竟在何种环境下可以获得这种“吃”油细菌呢？王磊告诉记者，根据基因组破译得到的信息还发现，NG80-2具有多种特殊的代谢途径，表明它能够适应很多不同的环境、具有较强的生存能力，因此潜在的应用领域很广。此外，由于这种细菌喜欢在高温、潮湿的环境中生活，因此正对地下高温采油工作的“胃口”。

　　据透露，课题组同时还开始了对另一种采油微生物的基因组破译工作。与NG80-2不同，这是一株低温采油菌，可在8摄氏度至20摄氏度的条件下存活。