科學家們已經改造出一種細菌，它可以從空氣中吸收二氧化碳，並在一個酶促步驟中將其轉化為燃料。
該過程利用陽光在細菌Rhodopseudomonas palustris內部產生甲烷和氫氣，本質上是逆轉了燃燒過程。這些工程細菌可以引導科學家開發出更好的碳中和生物燃料。
研究人員昨天在《美國國家科學院院刊》上發表了他們的研究結果。
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共同作者、華盛頓大學微生物學教授卡羅琳·哈伍德說，這份報告源於她對一種名為固氮酶的研究。
她說：“我們對固氮酶非常感興趣，因為它能夠進行一項非常困難的反應。”
在自然界中，這種酶充當催化劑，幫助某些細菌將惰性的空氣氮氣轉化為反應性氨，這個過程稱為氮還原或固氮。這種酶使用三磷酸腺苷（ATP），這是一種在細胞中充當能量貨幣的化合物。
如果沒有這種酶，氮還原反應會有一個巨大的能量壁壘，並且很少自行發生。
研究人員想知道他們是否可以調整固氮酶，使其能夠與其他穩定且惰性的分子一起工作。哈伍德說：“最近人們開始認識到這種酶有點‘混雜’，也可以進行其他反應，只是效率不高。”
她的一些合作者設法分離並改變了固氮酶，使其可以使用碳的最高氧化形式，即二氧化碳，作為起始材料，併產生碳的最低還原形式——甲烷。但是，這種改良的酶是在試管中以小規模費力地生產出來的，這對於未來可能產生工業規模生物燃料的過程來說是不夠的。
哈伍德說：“我們想看看是否可以讓一個真正的活生物體進行這種轉化。”
該團隊準備了一種經過改造的R. palustris細菌，該細菌被改造為全速產生工程固氮酶。在其自然狀態下，該細菌吸收陽光以產生 ATP，因此光有助於產生能量來為修飾細胞中的酶提供動力。
研究人員發現，改良的固氮酶不再能夠固定氮，但當細菌受到光照時，它可以產生甲烷和氫氣。
然而，新的固氮酶在從二氧化碳產生甲烷方面的效率遠不如其從氮氣產生氨的效率高。哈伍德說：“正常的酶每產生一個[分子]氨氣，大約會產生兩個氫氣。” “改變後的酶每產生一個甲烷分子，就會產生一千個氫氣分子。”
阿肯色大學費耶特維爾分校生物科學系副教授丹尼爾·萊斯納沒有參與這項研究，他說這些發現為利用活生物體生產甲烷（天然氣的主要成分）指明瞭更清晰的途徑。
他說：“這令人興奮。”
萊斯納研究一類名為產甲烷菌的細菌，它們自然產生甲烷。但是，它們使用不同的起始材料，例如醋酸鹽。
他說：“產甲烷菌需要其他微生物為它們提供其他電子供體。” “那麼你需要的不僅僅是一種微生物，而是多種微生物。”
另一方面，R. palustris中的新工程固氮酶可以一步將二氧化碳轉化為甲烷，從而簡化了過程。由於它發生在活生物體中，因此反應發生在環境溫度下，從而減少了生產生物燃料所需的能量。
萊斯納說：“自然發生的這一過程仍然更有效，但由於這種工程生物體的簡單性，將更容易操控該過程。”
哈伍德說，她的團隊目前正在研究是否可以調整這種酶以提高其還原二氧化碳的效率，並尋找他們可以製造的其他有用的化學物質。
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