腸道微生物製造柴油生物燃料

重新配置食物病原體大腸桿菌的基因,產生與卡車燃燒的碳氫化合物無法區分的物質

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將來自各種微生物和樟樹的片段焊接進大腸桿菌的遺傳密碼中,使科學家們說服這種胃部細菌產生碳氫化合物,而不是疾病或更多的大腸桿菌。這種腸道微生物現在可以複製分子,更常見的名稱是柴油,主要在大型卡車和其他強大的移動機器中燃燒。

英國埃克塞特大學的生物學家約翰·洛夫解釋說:“我們想製造可以直接用於現有發動機的生物燃料,以完全取代化石燃料。”他領導了燃料研究。“我們的下一步將是嘗試開發一種可以在工業上部署的細菌。”洛夫的研究發表在 4 月 22 日的《美國國家科學院院刊》上。

這意味著要利用大腸桿菌對惡劣條件(例如人類消化道的高酸性和高溫)的耐受性。這種耐寒性似乎也有助於細菌在自身產生此類較長鏈的碳氫化合物後存活下來,這些碳氫化合物可能會對微生物產生毒性,就像釀酒酵母細胞被它們發酵的酒精殺死一樣。經過工程改造的大腸桿菌使用了來自昆蟲病原體發光桿菌和來自藍細菌 Nostoc punctiforme 以及土壤微生物枯草芽孢桿菌的遺傳密碼,從脂肪酸中製造燃料分子,以及來自樟樹(Cinamomum camphora)的基因,將產生的碳氫化合物切割到合適的長度。

目前,大腸桿菌以糖和酵母提取物為食,這表明與從地下石油中提煉的燃料相比,產生的燃料將是昂貴的。洛夫建議說:“我們希望我們可以將它們的飲食改為對人類來說價值較低的東西。”“例如,來自農業的有機廢棄物,甚至汙水。”

目前還不清楚大腸桿菌微生物如何排出柴油燃料分子。研究人員發現它們漂浮在生長培養基中,這表明微生物一旦產生就會以某種方式從細胞中分泌碳氫化合物。“我們還不知道它們是如何到達那裡的,”洛夫承認。但這可能會解決其他微生物生物燃料生產商面臨的一個問題;除其他挑戰外,藻油已被證明難以從藻類內部廉價且有效地提取出來。

除了更好地掌握過程本身外,微調基因工程有一天可能會產生其他有用的碳氫化合物,例如噴氣燃料甚至汽油(一種短鏈碳氫化合物)。加州大學伯克利分校的類似工作已經對大腸桿菌的基因進行了改造,使細菌能夠消化植物中被稱為纖維素的不可食用部分,並將其轉化為微生物柴油,可以代替化石燃料柴油或其他有用的碳氫化合物。而且,大腸桿菌過去曾被用來製造化妝品專用油;Amyris 公司利用在巴西的罐中生長並以甘蔗為食的大腸桿菌製造被稱為角鯊烷的保溼油。Amyris 的合成生物學家還誘導酵母生產抗瘧疾藥物青蒿素,這項技術目前正在與製藥商賽諾菲進行商業化。

無論如何,鑑於與化石來源燃料競爭所需的低成本和高產量,微生物燃料的工業規模生產仍然比製造特殊油或藥物更具挑戰性。洛夫指出:“燃料實際上比青蒿素便宜得多,因此必須大量生產。”“這本身就是一個挑戰。”

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