AEM: Microbial Transformations of Selenium Species of Relevance to Bioremediation

早在1954年，研究者发现E. coli对甲酸的氧化需要钼和硒，由此引发了人们对硒在微生物生化循环中作用的兴趣。

在已知的硒转化途径中，异化还原和甲基化被认为对于硒的生物修复是最重要的两条途径。

研究者假设涉及到硫还原的微生物应该也可以进行对应的硒还原过程。Desulfovibrio desulfuricans可以同时还原硫酸盐和nM级别的硒酸盐，但是增加硫酸盐的浓度会抑制硒酸盐的还原。但是，在其它微生物中，研究者也证实硒酸盐的还原可以通过其它的途径完成。相比而言，硒的氧化和去甲基化因为速度较为缓慢，相关的研究较少。

在微生物同化硒的氧化物的过程中，硒酸盐和亚硒酸盐通过不同的通透酶转移到细胞内。通过同化还原过程，硒的氧化物被还原为Se^2-。在细菌体内，Se2-通过一系列酶的过程最终转化为硒代半胱氨酸。在自然界的硒氧化物移除过程中，同化作用只占很小的一部分比例，因为微生物自身需要的有机硒的量是比较小的。而异化还原过程在自然界中非常活跃，在很多菌株中都可以发现。相对于硒酸盐和亚硒酸盐被还原成0价硒的过程，从0价硒继续被还原成Se^2-的报道相对较少，但是是可以发生的。

特定的厌氧菌可以通过呼吸作用将硒氧化物转化为0价Se。微生物的还原作用可以在周质空间或者在细胞外发生。同时，硒耐受细菌可以在好氧条件下将硒氧化物转化为Se单质。

关于EPS的研究表面生物硒纳米颗粒表面的电荷可能由颗粒表面的EPS决定。同时，EPS对于生物硒纳米颗粒的胶体稳定性和环境命运具有潜在的影响。

在已经发现的硒氧化菌中，能还原硒酸盐的微生物远远少于亚硒酸盐。

针对于硒酸盐的还原，数种厌氧硒酸盐呼吸菌可以利用硒酸盐作为末端电子受体。膜结合的硝酸盐还原酶Nar,周质硝酸盐还原酶Nap，以及硒酸盐还原酶Ser均被确定参与硒酸盐还原的过程。兼性厌氧菌SLD1a-1可以在好氧条件下还原硒酸盐，对应的硒酸盐还原酶位于膜组分。该酶可以区分硒酸盐和硝酸盐，并且在好氧和厌氧条件下均可以表达。

针对亚硒酸盐还原，可以通过亚硝酸盐还原酶，亚硫酸盐还原酶以及DMSO还原酶实现。同时，一系列巯基介导的还原过程也被报道。属于老黄酶家族(OYE)的一个蛋白具有催化还原亚硒酸盐的能力，利用NADH作为电子供体。在菌株MR-1厌氧还原亚硒酸盐的过程中，富马酸还原酶被证实具有亚硒酸盐还原的活性。

亚硒酸盐的还原还可以在活细胞系统里通过一个部分非生物的过程实现。也就是亚硒酸盐先和生物硫醇化合物，比如谷胱甘肽，通过Painter-type反应，产生S-Se-S键，这种物质可以自发的断裂，产生活性氧自由基。但是他同时也可以被硫氧化蛋白还原酶或者谷胱甘肽还原。这两种酶的天然功能是断裂S-S键用于重新产生巯基。针对厌氧细菌，Thiobacillus ferrooxidans以及Bacillus selnitireducens可以将单质硒转化为Se^2-

针对于Se0的氧化过程，其一般速度较慢，一株光合紫硫细菌可以利用硒氧化过程产生的能量生长。Acidithiobacilluus ferrooxidans可以利用硒化铜氧化作为自身能量的来源。Bacillus megaterium同样可以在好氧条件下将Se0氧化，但是相关的基因和酶目前尚不清楚。

硒物种的甲基化是将硒化物转化为二甲基硒，甲基硒等挥发性物种。特定酶中的巯嘌呤甲基转移酶可以催化甲基的转移反应利用SAM作为辅因子。DMSe和DMDSe可以作为特定微生物生长的唯一碳源和能源。

在实际的硒污染的生物修复中，将硒氧化物转化为单质硒是一种选择。同时，如果硒的甲基化速度可以提高的话，甲基化后从气体中回收也是一种合理的选择。在反应器层面，回收纳米硒可以通过加入混凝剂实现。藻类对硒氧化物的甲基化作用也是一种潜在的生物修复手段。