這是一個顯而易見的想法——事實上，這就是大自然在樹木死亡後處理它們的方式。然而，在密歇根大學的研究人員嘗試之前，沒有人將細菌與真菌配對來製造纖維素生物燃料。
該團隊採用了里氏木黴，一種以有效分解植物不可食用部分而聞名的真菌，加上一種經過特殊工程改造的大腸桿菌菌株，並將它們都應用於一罐乾燥的玉米殼中。在真菌將玉米殼分解成糖後，細菌完成了這項工作。結果是異丁醇，一種無色、易燃的液體，研究人員希望它有一天能取代汽油。
所有生物燃料背後的理念是，它們在燃燒時會再次釋放溫室氣體二氧化碳之前，先從環境中吸收二氧化碳。纖維素生物燃料（那些由植物不可食用的結構部分製成的生物燃料）的承諾是，食物不是生產過程中必需的成分。然而，纖維素生物燃料長期以來一直是一項技術挑戰。誘導細菌將植物物質分解成汽車動力所需的物質是一個複雜的、多步驟的過程，通常需要多種生物和生物反應器。因此，纖維素燃料的成本一直高得令人望而卻步。在 20 世紀 90 年代，一種新技術出現，允許科學家透過製造強大的微生物或“超級細菌”來簡化操作，這些微生物可以獨立完成必要的過程。即便如此，該方法，被稱為整合生物加工（CBP），仍然過於昂貴，無法實現商業上可行的產品產量。
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化學工程師傑里米·明蒂沒有花更多時間試圖製造完美的超級細菌，而是決定從自然界中尋找例子。他將燃料生產所需的任務分配給兩種專業的生物，使他可以在一個生物反應器中完成所有工作。
當明蒂首次在實驗室中將里氏木黴和大腸桿菌結合起來時，他並不確定會發生什麼。但他很快意識到這種真菌和細菌是天生一對：里氏木黴的表面覆蓋著有助於將植物物質溶解成糖的酶，而大腸桿菌細菌進一步簡化了這些糖。“這對於使該系統穩定非常重要，”明蒂說。“這使得里氏木黴可以優先進入水解過程。”
通常，當科學家在實驗室中任意組合生物時，一種生物會過度生長，導致另一種生物滅絕。然而，里氏木黴和大腸桿菌表現出任何穩定系統都必須具備的特性：協同作用。“我們讓自然的動態出現，”明蒂說。
這種相互作用，明蒂和他的團隊稱之為合作者-作弊者機制，使細菌和真菌能夠保持平衡狀態。當真菌將玉米殼中的材料分解成糖時，其中一些作用發生在其表面上。因此，里氏木黴可以首先使用它們，從而防止更擅長搶奪它們的大腸桿菌搶走所有的糖，並可能使里氏木黴餓死。
自 2000 年美國農業部和美國能源部 (DOE) 開始向能夠證明成功生產液體生物燃料的大學發放撥款以來，僅用細菌生產異丁醇的努力就一直在進行。美國能源部於 2011 年將異丁醇指定為汽油的“直接替代品”。
哥倫比亞大學的化學工程師約書亞·加拉韋沒有參與這項研究，他說這項工作至關重要，因為生物燃料有潛力減少美國的碳足跡和對不可再生化石燃料的依賴。
當汽油等化石燃料燃燒時，構成它們的碳鏈會斷裂，二氧化碳會釋放到環境中。相反，當細菌製造燃料時，它們會從大氣中吸收碳。“汽油和異丁醇之間的區別，”加拉韋說，“在於你燃燒的東西是你剛剛從大氣中取出的東西，然後又把它放回去了。這是一個閉環。”此外，最終用於生產生物燃料的植物在生長過程中會從大氣中吸收碳，從而有助於更環保的整體生產過程。
在他們的實驗中，由化學工程師林曉霞領導的密歇根大學團隊使用 CBP 實現了高達 62% 的產量，這是迄今為止達到的最高產量。為了使其團隊將該過程產業化，他們需要達到更高的產量。雖然他們尚未進行詳細分析，但明蒂表示他們希望達到大約 80% 到 90% 的產量。此外，他說，他們還需要提高發酵後獲得的異丁醇濃度，並加快生產過程。“這很有希望，”明蒂說，“但仍需要進一步開發才能實現商業可行性。”