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真养产碱杆菌可以产生异丁醇燃料

核心提示:显微图像展示了一组在培养基中的真养产碱杆菌。如本图中所示,它们在自然状态下可以将周围的碳转化为一种生物塑料,即图中细胞膜内浅色的点。但是麻省理工学院研发的生物性改造的真养产碱杆菌可以产生异丁醇燃料,并将其从细胞排放到周围的介质中,从而方便科学家们收集。

  【中国生物产业网www.cnbioindustry.cn】2012年9月14日讯  显微图像展示了一组在培养基中的真养产碱杆菌。如本图中所示,它们在自然状态下可以将周围的碳转化为一种生物塑料,即图中细胞膜内浅色的点。但是麻省理工学院研发的生物性改造的真养产碱杆菌可以产生异丁醇燃料,并将其从细胞排放到周围的介质中,从而方便科学家们收集。

  一种叫做真养产碱杆菌(Ralstonia eutropha)的不起眼的土壤细菌具有一种天然性能:只要受到压力,它们就会停止生长并竭尽所能产生复杂的碳化合物。

  目前,麻省理工学院的科学家们教会了这种微生物一项新技能:他们修补了它的基因,从而使它能够制造一种叫做异丁醇的酒精燃料,可以直接取代或者兑入汽油。

  麻省理工学院生物系科学家克里斯托弗.布里格姆(Christopher Brigham)致力于开发这种经过生物性改造的细菌,目前他正尝试让这种生物将大量的二氧化碳作为碳源,从而使它能够利用废气制造燃料。

  该研究论文发表在本月的《应用微生物学与生物技术》(Applied Microbiology and Biotechnology)杂志上,布里格姆是论文的合著者。

  布里格姆解释道,在微生物的自然状态下,当它的基本营养物质来源,如硝酸盐和磷酸盐受到限制时,“它就会进入储碳模式”,就是在它感觉资源有限时储存食物以备后用。

  “它所做的就是尽可能获得碳,并将其以多聚体结构储存起来。而这个多聚体的属性与很多用石油制成的塑料相似”,布里格姆说道。通过敲除一些基因,再插入另一个生物的基因,并且修补其他基因的表达,布里格姆和他的同事们成功地使这种微生物不再产生塑料转而产生燃料。

  尽管团队致力于使微生物将二氧化碳作为碳源,但通过略微不同的调整,同样的微生物就能拥有将包括农业废物和城市垃圾在内的几乎所有形式的碳源转化为有用的燃料的潜力。实验室环境中的微生物已经可以将果糖(一种糖)作为碳源了。

  目前,由生物学教授安东尼.辛斯基(Anthony Sinskey)领导的,成员包括化学研究生卢京南(Jingnan Lu),生物学博士后克劳迪娅.盖(Claudia Gai)在内的麻省理工学院小组,已经成功地改变了这种微生物的基因,让它们源源不断地将碳转化为异丁醇。

  “结果表明,持续培养这种微生物可以获得大量的异丁醇”,布里格姆说。目前,研究人员致力于优化系统以提高生产率,同时设计工业化水准的生物反应器。

  布里格姆说,不像在一些生物工程系统中,微生物需要破坏微生物的细胞才能在体内产生期望的化学物质,真养产碱杆菌天生就能将异丁醇排入周围流体中,进而使其被连续不断地过滤出来,而生产过程不会停止。他说道,“我们不需要额外的转运系统将它转运出细胞”。

  许多研究小组通过包括其他转基因生物在内的多种途径获得异丁醇产物。至少已经有两家公司做好了将它作为燃料,燃料添加剂或化学产品原料生产的准备。与其他被推荐的生物燃料不同,异丁醇几乎不需要改造就可以用于现有的发动机,一些赛车中已经使用了异丁醇作为燃料。

  麻省大学达特茅斯分校的生物学副教授马克.希尔比(Mark Silby)指出:“这个方法相比由玉米提炼的乙醇产品有许多潜在的优势。细菌系统具有可扩展性,理论上可以在工业化环境中产生大量的生物燃料”。

  他补充道:“这个系统的潜力尤其体现在可以从废料或二氧化碳中提取出碳,因此不会影响粮食供应。”总之,他说,“这个方法有很大的潜力”。

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实习编辑:Cassie

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