研究人員開發出一種新途徑，使最微小的生命形式之一能夠製造燃料。
透過吸入二氧化碳和氫氣，一種經過工程改造的羅爾斯通氏菌 (Ralstonia eutropha) 產生了支鏈醇，這些化合物可以與汽油混合，也可以單獨作為能源。這可能有助於以產生經濟效益的方式再利用碳排放。
研究人員最初研究這種細菌是因為它可以在壓力下形成聚合物。他們在《應用微生物學與生物技術》雜誌本月早些時候發表了他們的發現。“我們研究這種生物體已經25年了，”該報告的合著者之一、麻省理工學院微生物學教授安東尼·辛斯基 (Anthony Sinskey) 說。
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他指出，俄羅斯科學家也研究過羅爾斯通氏菌 (R. eutropha)，將其作為從載人航天器中去除二氧化碳並作為潛在食物來源的一種方法。
這種細菌的多功能性源於它所棲息的土壤，在那裡它與真菌、動物和其他細菌爭奪任何營養碎屑。“我認為它在一種必須偷偷摸摸求生的環境中長大，”辛斯基說。“它真是一種生存生物。” 因此，羅爾斯通氏菌 (R. eutropha) 可以再利用它可以吃掉的任何東西——糖、脂肪、油、二氧化碳——來製造對其生存至關重要的蛋白質和聚合物。
在能源部高階研究計劃署-能源 (Department of Energy's Advanced Research Projects Agency-Energy) 的資助下，科學家們發現，透過稍微進行基因調整，他們可以讓這種微生物製造其他有用的化學物質甚至燃料。
擴大生產規模，降低成本
該團隊使用首先在德國分離出的菌株，改變了羅爾斯通氏菌 (R. eutropha) 通常用於製造支鏈氨基酸（蛋白質的一些基本單元）的途徑。“我們沒有破壞任何與生長相關的基因，”該研究的主要作者、麻省理工學院化學博士生陸晶楠 (Jingnan Lu) 說。“我們主要是在轉移中間體。” 這至關重要，因為科學家們希望確保細菌在製造燃料的同時仍然能夠茁壯成長，因此他們必須平衡生物體的生存需求和他們的生產需求。
升級後的細菌產生的支鏈醇濃度超過每升 270 毫克。研究人員發現，他們可以透過每 24 小時從細菌細胞中去除醇類來進一步提高濃度，從而在 50 天內使燃料濃度超過每升 14 克。
另一位合著者、麻省理工學院生物學系研究科學家克里斯托弗·布里格姆 (Christopher Brigham) 解釋說，然後可以將細菌在生物反應器中培養，在那裡它們在來自燃煤發電機或鋼鐵加工廠的二氧化碳流中生長。
“在為此設計反應器時，要考慮的關鍵事項之一是我們正在製造的燃料產品對細菌有毒，”他說，並指出這種裝置必須在醇類產生時將其去除。“理想情況下，我們希望製造一個連續生物反應器。”
與使用大腸桿菌 (Escherichia coli) 製造乙醇的其他細菌生物燃料途徑相比，這種方法具有一些優勢。羅爾斯通氏菌 (R. eutropha) 不需要生物質或糖就能生長，並且在暴露於汙染物（如一氧化碳）時仍能發揮作用。支鏈醇也可以作為直接替代燃料，這與需要專門改裝發動機的乙醇不同。
辛斯基表示，隨著糧食和食品商品價格的上漲，僅使用廢氣的生物燃料途徑可能成為能源生產商有吸引力的選擇。羅爾斯通氏菌 (R. eutropha) 也可能有利於氣候。“它會做出貢獻，但不要指望它能[完全]去除溫室氣體，”他說。
研究人員現在將專注於最佳化他們的細菌，以提高其燃料產量，同時降低其成本。“我們需要達到每升克，而不是每升毫克，”辛斯基說。
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