研究利用微生物分泌再生生物燃料油

    利用遺傳方法，亞利桑那州立大學(xué)生物設(shè)計(jì)研究所的研究人員讓光合微生物分泌出了油——這就繞過(guò)了阻礙綠色生物燃料生產(chǎn)的能源和成本的障礙。

    開發(fā)一種能夠與目前石油的可擴(kuò)展性與低成本相競(jìng)爭(zhēng)的可再生生物燃料來(lái)源的挑戰(zhàn)令人生畏。“任何生物燃料生產(chǎn)的真正成本在于收獲燃料前體并把它們轉(zhuǎn)化成燃料，”生物設(shè)計(jì)研究所的傳染病與疫苗學(xué)中心主任、生命科學(xué)學(xué)院教授Roy Curtiss說(shuō)。“通過(guò)讓細(xì)菌把它們珍貴的貨物釋放到細(xì)胞之外，我們優(yōu)化了細(xì)菌代謝工程，從而開發(fā)出了生物燃料生產(chǎn)的一種真正綠色的路徑。”

    該研究的*作者Xinyao Liu和Curtiss使用了他們?cè)陂_發(fā)細(xì)菌疫苗的專家技能，對(duì)用于生物燃料生產(chǎn)的藍(lán)細(xì)菌進(jìn)行了遺傳優(yōu)化。去年，他們有能力修改這些微生物，引發(fā)它們自我毀滅，并釋放出它們的脂質(zhì)。然而在這個(gè)研究組的努力中，提取富含能量的脂肪酸的過(guò)程不需要?dú)⑺肋@些細(xì)胞。

   “在中國(guó)，我們有一句諺語(yǔ)，”Liu說(shuō)。“不要?dú)㈦u取卵。”該研究組并沒(méi)有殺死這些藍(lán)細(xì)菌，而是巧妙地重新修改了它們的遺傳結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了通過(guò)細(xì)胞壁持續(xù)分泌脂肪酸的突變菌株。這些藍(lán)細(xì)菌本質(zhì)上就像微型的生物燃料生產(chǎn)廠。

    Liu意識(shí)到如果能讓藍(lán)細(xì)菌過(guò)度生產(chǎn)脂肪酸，它們?cè)诩?xì)胞壁內(nèi)部的積累將zui終導(dǎo)致這些脂肪酸通過(guò)細(xì)胞膜擴(kuò)散出去。為了實(shí)現(xiàn)這種情況，Liu向藍(lán)細(xì)菌引入了一種特定的酶，稱為硫脂酶 。

    這種酶有能力把脂肪酸從復(fù)雜的載體蛋白質(zhì)上分離，把在細(xì)胞內(nèi)部積累的它們解放出來(lái)，直到細(xì)胞開始分泌它們。“我使用了能把脂肪酸從脂合成路徑中偷走的基因，”Liu解釋說(shuō)。他還指出，硫脂酶有效地剪斷了把脂肪酸和更復(fù)雜的分子連接起來(lái)的鍵。這種使用修改過(guò)的硫脂酶從而導(dǎo)致脂肪酸的分泌的方法是在十多年前首先由伊利諾伊大學(xué)的John Cronan在大腸桿菌上實(shí)現(xiàn)的。

    通過(guò)遺傳刪除或修改細(xì)胞外套的兩個(gè)關(guān)鍵的層（稱為S和肽聚糖層），另一串修改增強(qiáng)了這個(gè)分泌的過(guò)程，讓脂肪酸更容易地逃出細(xì)胞，它們?cè)谒械娜芙舛鹊蛯?dǎo)致了它們析出了溶液，在表面形成了發(fā)白的殘余物。研究結(jié)果顯示，在對(duì)這兩層細(xì)胞膜進(jìn)行了遺傳修改之后，脂肪酸產(chǎn)量增加到了原來(lái)的3倍。

    為了進(jìn)一步改善脂肪酸產(chǎn)量，該研究組加入了一些基因，讓脂肪酸前體過(guò)度生產(chǎn)，并取消了對(duì)于藍(lán)細(xì)菌的生存并不關(guān)鍵的一些細(xì)胞路徑。這種修改確保了這種微生物的資源專門用于基本的生存和脂生產(chǎn)。

    Liu強(qiáng)調(diào)說(shuō)，當(dāng)前的這項(xiàng)研究進(jìn)展非?？?，從zui初研究開始到產(chǎn)生*菌株只用了大約6個(gè)月的時(shí)間——他把原因歸結(jié)于在生物設(shè)計(jì)研究所整合的微生物遺傳操縱領(lǐng)域的強(qiáng)大專家技能。“我不認(rèn)為其他任何研究組有能力做得這么迅速，”他說(shuō)。

    Roy Curtiss教授對(duì)此表示同意，他指出，“這個(gè)開創(chuàng)性的進(jìn)展是把一些此前在其他細(xì)菌和植物中描述的遺傳修改和酶活動(dòng)在改造過(guò)的藍(lán)細(xì)菌菌株中結(jié)合起來(lái)，并且引入了新發(fā)現(xiàn)的修改，從而增加脂肪酸的生產(chǎn)和分泌。迄今為止，結(jié)果令人鼓舞，而且我們有信心取得更大的改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)目前研發(fā)的菌株的更高的生產(chǎn)力。此外，優(yōu)化與擴(kuò)大規(guī)模有關(guān)的生長(zhǎng)條件也將改善生產(chǎn)力。”