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将来自各种微生物和樟树的片段焊接进大肠杆菌的遗传密码中,使科学家们说服这种胃部细菌产生碳氢化合物,而不是疾病或更多的大肠杆菌。这种肠道微生物现在可以复制分子,更常见的名称是柴油,主要在大型卡车和其他强大的移动机器中燃烧。
英国埃克塞特大学的生物学家约翰·洛夫解释说:“我们想制造可以直接用于现有发动机的生物燃料,以完全取代化石燃料。”他领导了燃料研究。“我们的下一步将是尝试开发一种可以在工业上部署的细菌。”洛夫的研究发表在 4 月 22 日的《美国国家科学院院刊》上。
这意味着要利用大肠杆菌对恶劣条件(例如人类消化道的高酸性和高温)的耐受性。这种耐寒性似乎也有助于细菌在自身产生此类较长链的碳氢化合物后存活下来,这些碳氢化合物可能会对微生物产生毒性,就像酿酒酵母细胞被它们发酵的酒精杀死一样。经过工程改造的大肠杆菌使用了来自昆虫病原体发光杆菌和来自蓝细菌 Nostoc punctiforme 以及土壤微生物枯草芽孢杆菌的遗传密码,从脂肪酸中制造燃料分子,以及来自樟树(Cinamomum camphora)的基因,将产生的碳氢化合物切割到合适的长度。
目前,大肠杆菌以糖和酵母提取物为食,这表明与从地下石油中提炼的燃料相比,产生的燃料将是昂贵的。洛夫建议说:“我们希望我们可以将它们的饮食改为对人类来说价值较低的东西。”“例如,来自农业的有机废弃物,甚至污水。”
目前还不清楚大肠杆菌微生物如何排出柴油燃料分子。研究人员发现它们漂浮在生长培养基中,这表明微生物一旦产生就会以某种方式从细胞中分泌碳氢化合物。“我们还不知道它们是如何到达那里的,”洛夫承认。但这可能会解决其他微生物生物燃料生产商面临的一个问题;除其他挑战外,藻油已被证明难以从藻类内部廉价且有效地提取出来。
除了更好地掌握过程本身外,微调基因工程有一天可能会产生其他有用的碳氢化合物,例如喷气燃料甚至汽油(一种短链碳氢化合物)。加州大学伯克利分校的类似工作已经对大肠杆菌的基因进行了改造,使细菌能够消化植物中被称为纤维素的不可食用部分,并将其转化为微生物柴油,可以代替化石燃料柴油或其他有用的碳氢化合物。而且,大肠杆菌过去曾被用来制造化妆品专用油;Amyris 公司利用在巴西的罐中生长并以甘蔗为食的大肠杆菌制造被称为角鲨烷的保湿油。Amyris 的合成生物学家还诱导酵母生产抗疟疾药物青蒿素,这项技术目前正在与制药商赛诺菲进行商业化。
无论如何,鉴于与化石来源燃料竞争所需的低成本和高产量,微生物燃料的工业规模生产仍然比制造特殊油或药物更具挑战性。洛夫指出:“燃料实际上比青蒿素便宜得多,因此必须大量生产。”“这本身就是一个挑战。”