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新研究称基因传感器可提高生物燃料产量

核心提示:来自加州大学伯克利分校(University of California, Berkele)的研究人员,他们报道了一种基因传感器,可以使细菌调节基因表达,响应关键中间体的变化水平,以制造生物燃料。这样,细菌生产出了三倍多的燃料。这样的传感器调节系统最终可使高级生物燃料更便宜,使它们迈进了一步,更具有经济可行性,可取代汽油类产品。

【中国生物产业网(http://www.cnbioindustry.cn)】4月11日讯

来自加州大学伯克利分校(University of California, Berkele)的研究人员,他们报道了一种基因传感器,可以使细菌调节基因表达,响应关键中间体的变化水平,以制造生物燃料。这样,细菌生产出了三倍多的燃料。这样的传感器调节系统最终可使高级生物燃料更便宜,使它们迈进了一步,更具有经济可行性,可取代汽油类产品。

有一个问题,限制了细菌生产生物燃料的产量,这就是不能平衡不同的生物组分或前体,用以制造最终燃料产品。本周,《自然·生物技术》(Nature Biotechnology)上发表了一项研究,加州大学伯克利分校化学工程和生物工程教授杰伊·柯斯林(Jay Keasling)及其同事描述了一种生物传感器系统,可以让细菌调节基因的生物燃料生产路径,只需要依据细胞中的某种前驱体的数量。

研究者增加了以前报道过的一个菌种,就是改造过的大肠杆菌(E. coli),它制造生物燃料需要利用两种基本生物成分,就是脂肪酸(fatty acids)和乙醇(ethanol)。在这一菌种的生命周期内,一种前体产量高于另一种,效率低,而且有时会形成有害的状态。

“这些路径不平衡,”柯斯林说,“这些细胞浪费原料,生产的一种前体多于另一种。”此外,他说,生物燃料生产有时会消耗太多的脂肪酸,细菌在它们生命周期的某一阶段需要脂肪酸,这就使这种菌种很不稳定。

柯斯林和同事们设计了一种细菌,他们利用自然存在的传感器,响应内部脂肪酸和相关的分子的数量,相应地调整它的路径的活性。当有限数量的脂肪酸存在于细胞内时,这种传感器-调节器分子就会关闭乙醇生产路径和脂肪酸转换路径。相反地,当细菌含有高水平的脂肪酸时,这些路径的闸就会打开。

这种传感器-调节器系统从两方面改善了工程细菌,柯斯林说:代谢路径获得更好的平衡,因此,相对于另一种前体来说,一种前体的产量不会过多,而且,改良的细菌更稳定,这是因为生物燃料生产不会剥夺细胞的生长能力。这种“自我意识”增加了细菌生产生物燃料的数量,使理论最大值提高28%,比以前所报道的菌种提高三倍。

虽然这一改进很显著,但是生物燃料的生产仍然很有限,不能使这种燃料成为主流。“这有许多问题,包括代谢不平衡,都需要解决,才能使生物燃料更实际,”柯斯林在一封邮件中说。例如,扩大这些大型实验培育,达到商业规模,也就是百万升的数量,这就是一个挑战。

基因调节器并不是唯一的钥匙,可以开辟新生态生物燃料领域,但是,它是一流技术,可以提高生物燃料的产量,詹姆士·廖(James Liao)说,他是加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles)生物分子工程师。“传感器-调节器系统是很有用的工具,就在我们现有的工具箱中。”

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编辑:sunny

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