生物燃料研究人員開發出一種機制，可能提高柴油、乙醇甚至藥物等產品的產量。
大規模培養細菌、藻類和植物已經極具挑戰性；讓他們做他們通常不做的事情，比如製造燃料，則更難。
科學家們必須選擇和調整分子途徑，使細胞產生足夠有用的產品，以在經濟上可行。但是，這些經過修改的途徑是脆弱的，容易受到生物體環境變化的影響。這些產品及其前體也可能對產生它們的細胞有毒。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的重要故事。
以酵母為例。真菌將糖發酵成乙醇，這是釀造葡萄酒和啤酒的過程。然而，乙醇，一種酒精，會毒害酵母，即使是專門培育的菌株也只能耐受環境中高達 20% 的酒精濃度，之後它們就會死亡。
要釀造更烈的酒，您必須蒸餾液體，這是一個非常耗能的過程，因為它涉及煮沸和冷凝產品。
發動機需要非常純淨的能源，因此 20% 的燃料濃度根本不夠用。然而，將生物產品純化到可用水平會使生產成本提高到大多數人願意支付的價格之上，但藉助一種新的分子控制系統，研究人員期望能夠改造出更強健的微生物並提高生物燃料產量，使活生物體成為更可行的能源。
防止細胞自我中毒
加利福尼亞州聯合生物能源研究所 (JBEI) 的科學家開發了一種動態感測器-調節器系統 (DSRS)。它就像一個減震器，在化學物質產量達到有毒水平之前減緩細胞內的化學物質生產，並在情況好轉時重新加速生產。使用 DSRS 的生物體存活時間更長，併產生更多燃料。該團隊上個月在《自然生物技術》雜誌上發表了他們的發現。
在本案例中，研究人員使用了一種經過改造的大腸桿菌菌株，以生產柴油燃料。JBEI Keasling 實驗室的博士後研究員兼該報告的主要作者張福忠解釋說，在之前的實驗中，生物燃料的產量未能充分發揮其潛力。
“為了接近理論極限，您必須非常出色地平衡許多因素，”他說。
雖然柴油產品本身對大腸桿菌的危害不大，但其幾種前體，如脂肪酸和乙醇，在高濃度下可能會損害細胞。因此，挑戰在於如何在不讓中間產物積累的情況下生產足夠的燃料。
由於它們是活生物體，細胞也不能忽視其基本功能，如收集能量、排洩廢物和複製自身。因此，簡單地將生物燃料產量提高到 10 倍是無效的。這就是 DSRS 發揮作用的地方。
“大自然已經為我們進化出許多天然存在的感測器，”張說。“在我們的案例中，我們使用了一種完全合成的方法，我們從基本的生物元件中對其進行了工程改造。”
研究人員使用了一種對高前體濃度做出反應的分子，觸發細胞產生酶，將中間分子轉化為最終的柴油產品，然後才變得有毒。經過 DSRS 工程改造的細菌產生的燃料比沒有 DSRS 的細菌多出三倍。
細菌執行的煉油廠
JBEI 和加州大學伯克利分校的研究科學家，也是該論文的合著者詹姆斯·卡羅瑟斯表示，這些結果具有普遍適用性，可用於其他途徑，不僅可以製造燃料，還可以製造胰島素等藥物。
此外，卡羅瑟斯表示，擁有動態感測器為工程師在調整細胞時提供了一些迴旋餘地。因此，科學家在工程改造過程中不必精確地平衡生物體中的每個過程，而是可以依靠 DSRS 來補償細胞條件的變化。這使得微生物更具彈性，併為更多實驗打開了大門。
然而，將這種方法應用於其他機制存在一些障礙。“這個系統最大的挑戰是，您首先必須擁有可用的感測器。並非總是存在可用的感測器，”張說，他解釋說，自然界中可能不存在特定的調節機制，因此科學家將不得不設計一種人工機制，這絕非易事。
未來，能源公司可以直接從裝有 DSRS 工程細菌的大桶中撇取生物燃料，而無需目前所需的所有處理過程。卡羅瑟斯表示，該團隊現在將致力於提高感測器的效率，並嘗試將其應用於其他有用分子的途徑。
經環境與能源出版有限責任公司授權，轉載自 Climatewire。www.eenews.net, 202-628-6500