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利用大肠杆菌造可再生燃料 5到10年可量产

 科学日报报道,近日研究人员研发出经过基因改造的无害内脏细菌大肠杆菌以产生可再生的丙烷。这项研究是朝商业化生产或可能替代化石燃料的燃料来源迈出的一步。丙烷是清洁能源颇具吸引力的来源之一,因为它有着已经存在的全球市场。它是天然气加工和石油加工的副产品,而这两种能源都是有限资源。目前丙烷是液化石油气中的主要成分,后者被用于从中央暖气系统到野营用炉,再到传统的汽车车辆等一系列领域中。

在一项最新的研究里,英国伦敦帝国理工学院和芬兰土尔库大学的科学家小组利用大肠杆菌扰乱生物过程,从而将脂肪酸转化为细胞膜。研究人员利用酶引导脂肪酸进入不同的生物通道,使得细菌产生可再生的丙烷,而非细胞膜。最终的目标是将这些工程改造的系统应用于光合细菌,有朝一日实现将太阳能直接转化为化学燃料。这项研究被发表在期刊《自然通信》上。

伦敦帝国理工学院生命科学学院的帕特里克·琼斯教授(Patrick Jones)表示:“尽管这项研究还处于早期阶段,但我们概念研究的证据提供了生产可再生燃料的新方法,在此之前只能从石油储备里获得。尽管目前我们只能生产少量可再生燃料,但我们产生的燃料已经被直接用于发动机。这开启了未来可持续生产可再生燃料的可能性,它们或可能补充然后取代化石燃料,例如柴油、汽油、天然气和喷气式燃料。”

科学家们选择丙烷为目标是因为它能够以气体的方式分离,此外将它从自然的气体状态转换为易于运输、储存和使用的液态所需要耗费的能量较低。

“化石燃料是有限的资源,而我们人类数量的持续增长要求我们找到新的生产方式以满足我们日益增长的能源需求。然而研发一个低成本、经济可持续的可再生过程是一项巨大的挑战。在现阶段藻类可用于生产生物柴油,但这一方法在商业上并不可行,因为获得藻类和对它进行处理要求大量的能量和经济成本。因此我们选择丙烷——只需要最少量的能量就可以将它从自然过程中分离出来,且它可以与现存的基础结构相兼容。”琼斯博士说道。

利用大肠杆菌作为宿主有机体,科学家们扰乱了将脂肪酸转化为细菌细胞膜的生物过程。通过在较早阶段中断这一过程,科学家们可以移除味道难闻的化合物丁酸,它是一种制造丙烷的重要前体。

为了扰乱这个过程,研究人员发现了一种名为硫酯酶的酶的新变体,这种酶以脂肪酸为目标并将它们从自然过程中分离出来。然而,科学家们使用第二种名为CAR的细菌酶将丁酸转化为丁醛。最后,他们补充了一种近期发现的ADO酶(aldehyde-deformylating oxygenase),这种酶可以自然产生碳氢化合物,从而形成丙烷。

之前科学家使用ADO酶都并不顺利,因为他们无法利用酶的自然力量创造更清洁的燃料。但帝国理工学院的科学家们发现通过利用电子刺激ADO,他们能够极大的提高这种酶的催化作用,并最终产生丙烷。

科学家们目前生产的丙烷量比转化为商业产品所需的量要少1000多倍,因此科学家们正在努力研发如何改良他们设计的合成过程。琼斯博士表示:“在现阶段,我们还没有完全理解这种燃料分子是如何产生的。因此我们正在努力查明其中涉及的具体过程。我希望在未来五到十年,我们将能够产生商业可行的过程,最终极大的满足我们的能量需求。”这项研究得到了欧洲研究委员会的资金支持。

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