研究人員在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了一種新的途徑，有可能使各種行業(yè)脫碳。這一突破可以大大減少燃料、藥物和化學(xué)品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的溫室氣體的排放。勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校之間的合作研究工作已經(jīng)催生了能夠產(chǎn)生獨(dú)特的碳基產(chǎn)品的細(xì)菌工程。這一突破可能為生產(chǎn)可持續(xù)的生物化學(xué)制品開辟了一條有希望的道路。

在能源部聯(lián)合生物能源研究所的實(shí)驗(yàn)中，研究人員觀察了一株工程化的鏈霉菌，因?yàn)樗a(chǎn)環(huán)丙烷，這種高能分子有可能被用于新型生物活性化合物和先進(jìn)生物燃料的可持續(xù)生產(chǎn)。資料來源：Jing Huang/伯克利實(shí)驗(yàn)室

最近發(fā)表在《自然》雜志上的這一發(fā)現(xiàn)，利用細(xì)菌將天然的酶促反應(yīng)與一種被稱為"碳烯轉(zhuǎn)移反應(yīng)"的新型反應(yīng)相結(jié)合。這項(xiàng)研究有可能通過為通常依賴化石燃料的傳統(tǒng)化學(xué)制造方法提供可持續(xù)的替代方案來減輕工業(yè)排放。

"我們在這篇論文中所展示的是，我們可以在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)合成這個(gè)反應(yīng)中的一切--從天然酶到碳烯。"該研究的主要研究者、能源部聯(lián)合生物能源研究所（JBEI）的首席執(zhí)行官Jay Keasling說："需要添加的只是糖，其余的由細(xì)胞完成。"

烯烴是高度反應(yīng)性的碳基化學(xué)品，可用于許多不同類型的反應(yīng)。幾十年來，科學(xué)家們一直希望將碳烯反應(yīng)用于燃料和化學(xué)品的制造，以及藥物的發(fā)現(xiàn)和合成。

但是這些碳烯過程只能通過試管小批量進(jìn)行，并且需要昂貴的化學(xué)物質(zhì)來驅(qū)動(dòng)反應(yīng)。

在新的研究中，研究人員用天然產(chǎn)品取代了昂貴的化學(xué)反應(yīng)物，這些天然產(chǎn)品可以由鏈霉菌的一個(gè)工程菌株生產(chǎn)。第一作者、伯克利實(shí)驗(yàn)室Keasling實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Jing Huang說："因?yàn)榧?xì)菌通過細(xì)胞代謝使用糖來生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品，這項(xiàng)工作使我們能夠在沒有通常用于化學(xué)合成的有毒溶劑或有毒氣體的情況下進(jìn)行卡賓化學(xué)。這種生物過程比今天合成化學(xué)品的方式更環(huán)保。"

在JBEI的實(shí)驗(yàn)中，研究人員觀察了工程細(xì)菌的新陳代謝，并將糖類轉(zhuǎn)化為碳烯前體和烯類底物。該細(xì)菌還表達(dá)了一種進(jìn)化的P450酶，該酶利用這些化學(xué)物質(zhì)生產(chǎn)環(huán)丙烷，這些高能分子有可能被用于新型生物活性化合物和先進(jìn)生物燃料的可持續(xù)生產(chǎn)。"我們現(xiàn)在可以在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行這些有趣的反應(yīng)。細(xì)胞產(chǎn)生所有的試劑和輔助因子，這意味著你可以將這一反應(yīng)擴(kuò)展到非常大的規(guī)模以用于大規(guī)模生產(chǎn)，"Keasling說。

Huang說，培育細(xì)菌來合成化學(xué)品也可以在減少碳排放方面發(fā)揮不可或缺的作用。據(jù)伯克利實(shí)驗(yàn)室的其他研究人員稱，近50%的溫室氣體排放來自化學(xué)品、鋼鐵和水泥的生產(chǎn)。政府間氣候變化專門委員會(huì)最近的一份報(bào)告說，將全球變暖限制在比工業(yè)化前水平高1.5攝氏度，將需要在2030年前將溫室氣體排放嚴(yán)格削減一半。雖然這種完全集成的系統(tǒng)可以設(shè)想用于大量的碳烯供體分子和烯烴底物，但它還沒有準(zhǔn)備好進(jìn)行商業(yè)化。

"對于每一個(gè)新的進(jìn)展，都需要有人邁出第一步。而在科學(xué)領(lǐng)域，可能需要多年才能成功。但是你必須繼續(xù)嘗試 - 我們不能放棄。我希望我們的工作將激勵(lì)其他人繼續(xù)尋找更綠色、可持續(xù)的生物制造解決方案，"黃說。