基因改造增「吸金力」 净化食水消除污染
生命奇妙而神秘，科学家多年来孜孜不倦地探寻，期望掌握当中原理，进而「二次」设计与创造，基因工程便是其中的焦点领域；借着推广培育，香港中学生亦能发挥所长，成为小小的「生命工程师」。来自5所中学三十多名学生组成的HKJSS团队，成功改造大肠杆菌的基因将之变成「吸铜机器」，为解决食水重金属污染问题带来创新视角。他们上月初于全球最大型的国际基因工程生物机械竞赛（iGEM）中，为香港首度夺得中学组金奖。香港文汇报邀请多名学生代表及领队老师分享得奖项目，并透过他们的体验，就本港生物科技教育作出反思。
■香港文汇报记者 詹汉基
今年的iGEM于美国波士顿举行，共有来自四十多个国家及地区逾350支队伍参加中学及大学组赛事。由仁爱堂田家炳中学、滙基书院（东九龙）、五旬节中学、保良局何荫棠中学及德兰中学学生组成的HKJSS联校队伍，凭着以基因工程修改大肠杆菌，大大增加其吸取重金属的能力，成为首批于中学组夺金的香港队伍。
水乃生命之源，干净食水对人类来说无比重要。仁爱堂田家炳中五生龚锦芊及五旬节中学中五生杨子权介绍说，整个项目源起于2015年的「铅水」事件，引发市民对食水安全的关注。队伍认为当中科学问题大有探讨空间，「我们做了问卷调查，访问不少市民、农夫，甚至金鱼街商贩，得知他们对水的关注度甚低，也不会特意处理水中的重金属。」
何荫棠中学中五生叶诗敏，头头是道地说明大肠杆菌的特质，「大肠杆菌与生俱来就有吸金属能力，但细胞机制会自动平衡体内重金属含量，故会将吸收过多的重金属排出身体。」
在芸芸重金属中，铜于水中的含量相对易检测，加上香港养鱼业普遍面对较大的铜污染挑战，团队遂选取铜作实验，并期望成果可为解决其他重金属污染问题带来启示。
改细胞技术 增吸铜能力
东九龙滙基书院中五生陈丝岚提到，在细胞层面，大肠杆菌拥有CusF的蛋白，负责将铜排出体外，而另一种名为MT的金属硫蛋白，则具有吸取重金属的能力。所以团队便基于基因工程技术，分别构思两种策略，「首先是『删除』，即将生产CusF运输蛋白之基因敲除，让铜留在细菌体内；第二招则是加强吸铜能力，我们将能制造MT蛋白的DNA序列放进大肠杆菌体内，希望提升吸摄效果。」
团队翻查海量资料，最终选定了包括CusF在内数种有可能控制铜排出机制的基因，并从日本的大学研究所订购改造后的大肠杆菌；另一边厢，队伍设计了几款有可能产生MT蛋白的DNA序列，让生物科技公司以化学方式合成DNA实体，队伍随后以「热震」方法注入大肠杆菌进行改造。
成员分别将两种基因改造大肠杆菌，放进不同浓度的铜离子溶液，叶诗敏说：「我们利用色谱仪，每两个小时量度一次溶液的穿透度，从而判断吸铜效果如何。」
经过多番测试，团队确认敲除CusF基因能让铜停留在杆菌内，经2小时及4小时后，溶液中铜离子浓度分别减少约18%及27%，效能较没基因改造的杆菌高一倍；至于修改MT蛋白基因亦能增加杆菌吸铜能力，16小时后溶液中铜离子浓度减少31%，下降幅度亦较一般杆菌的14%多逾一倍。
团队又以3D打印技术，制造了名为「B-CAD」的滤水装置；只要将装有大肠杆菌的透析管放进带重金属的水中，水中的铜离子由于较细小，能穿入透析管并被大肠杆菌吸收，达到净化效果。团队亦根据农夫的回馈，增加控制水流的装置，并简化机器使用程序。
繁殖成本低 电解变回铜
叶诗敏指，市面有活性碳等滤水材料，但滤芯需要定期更换，「而大肠杆菌可以自己繁殖，使用成本更低；加上细菌『吸饱』了铜后，只需要用火烧毁就会成为容易处理的固体，电解后甚至可以变回为铜，相信做法可以更加环保。」
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