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一組科學家已將大腸桿菌改造為丙烷工廠。
在他們發表於《自然》雜誌的文章中,來自芬蘭圖爾庫大學和英國帝國理工學院的研究人員描述了一種新的代謝途徑,該途徑可以利用大腸桿菌(E. coli)生產丙烷。
在“正常”的大腸桿菌中,存在一種生物過程,可以將脂肪酸轉化為細胞膜。在他們2014年9月的文章中,保利·卡利奧博士等人描述了一種改變這種途徑的方法,使細菌轉而生產丙烷。這種轉變是透過使用酶來引導以前用於製造細胞壁的脂肪酸,並轉而利用它們來製造可直接用於發動機的丙烷來實現的。
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三種酶被用於此過程
1. 一種新的硫酯酶變體 - 專門針對脂肪酸並將其從自然過程中釋放出來
2. 一種名為 CAR 的細菌酶 - 用於將丁酸轉化為丁醛
3. 一種新近發現的酶,稱為醛脫甲醯氧合酶 (ADO) - 已知天然產生碳氫化合物(包括丙烷)。根據保利·卡利奧博士等人的說法,這種酶的發現是開發他們利用大腸桿菌生產丙烷方法的關鍵。
丙烷是液化石油氣的主要成分。液化石油氣在世界各地被使用,用於包括印度和美國一些農村地區的烹飪和取暖活動。液化石油氣以氣體形式使用,但通常以能量密度更高的液體形式儲存,它最著名的用途可能是在露營地和戶外燒烤爐上。液化石油氣也可用作汽車的汽油替代品(“汽車燃氣”)。
保利·卡利奧博士等人選擇以丙烷生產為研究目標,因為它作為氣體可以很容易地逸出細胞,但液化所需的能量相對較少。反過來,這種燃料也比較容易運輸、儲存和使用。
改造大腸桿菌生產丙烷的過程仍處於早期開發階段。但是,根據帝國理工學院生命科學系的帕特里克·瓊斯博士(也是本文的合著者)的說法
儘管這項研究還處於非常早期的階段,但我們的概念驗證研究為可再生燃料的生產提供了一種方法,而這種燃料以前只能從化石儲備中獲得。雖然到目前為止我們只生產了極少量的燃料,但我們生產的燃料可以直接用於發動機。這為未來可持續生產可再生燃料開闢了可能性,這些燃料最初可以補充,然後取代柴油、汽油、天然氣和航空燃料等化石燃料。
科學家們最終希望將這種工程化的丙烷生產系統插入光合細菌中。然後,該系統將能夠直接將太陽能轉化為可直接用於發動機的化學燃料。無需加工或提煉。
參考文獻:保利·卡利奧, 安德拉斯·帕斯托, 卡蒂·蒂爾, M·卡利姆·阿克塔爾, 和 帕特里克·R·瓊斯。可再生丙烷生物合成的工程化途徑。《自然通訊》5,文章編號:4731,doi:10.1038/ncomms5731,釋出於 2014 年 9 月 2 日 (連結)
圖片來源
1. 圖片:各種大腸桿菌,作者:Mattosaurus,屬於公共領域。
2. 圖片:連線到燃氣燒烤爐的丙烷罐,作者:Owen Kelly,又名 Lightfusegetaway,並根據 Creative Commons 許可獲得許可。