这是一个显而易见的想法——事实上，这就是大自然在树木死亡后处理它们的方式。然而，在密歇根大学的研究人员尝试之前，没有人将细菌与真菌配对来制造纤维素生物燃料。
该团队采用了里氏木霉，一种以有效分解植物不可食用部分而闻名的真菌，加上一种经过特殊工程改造的大肠杆菌菌株，并将它们都应用于一罐干燥的玉米壳中。在真菌将玉米壳分解成糖后，细菌完成了这项工作。结果是异丁醇，一种无色、易燃的液体，研究人员希望它有一天能取代汽油。
所有生物燃料背后的理念是，它们在燃烧时会再次释放温室气体二氧化碳之前，先从环境中吸收二氧化碳。纤维素生物燃料（那些由植物不可食用的结构部分制成的生物燃料）的承诺是，食物不是生产过程中必需的成分。然而，纤维素生物燃料长期以来一直是一项技术挑战。诱导细菌将植物物质分解成汽车动力所需的物质是一个复杂的、多步骤的过程，通常需要多种生物和生物反应器。因此，纤维素燃料的成本一直高得令人望而却步。在 20 世纪 90 年代，一种新技术出现，允许科学家通过制造强大的微生物或“超级细菌”来简化操作，这些微生物可以独立完成必要的过程。即便如此，该方法，被称为整合生物加工（CBP），仍然过于昂贵，无法实现商业上可行的产品产量。
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化学工程师杰里米·明蒂没有花更多时间试图制造完美的超级细菌，而是决定从自然界中寻找例子。他将燃料生产所需的任务分配给两种专业的生物，使他可以在一个生物反应器中完成所有工作。
当明蒂首次在实验室中将里氏木霉和大肠杆菌结合起来时，他并不确定会发生什么。但他很快意识到这种真菌和细菌是天生一对：里氏木霉的表面覆盖着有助于将植物物质溶解成糖的酶，而大肠杆菌细菌进一步简化了这些糖。“这对于使该系统稳定非常重要，”明蒂说。“这使得里氏木霉可以优先进入水解过程。”
通常，当科学家在实验室中任意组合生物时，一种生物会过度生长，导致另一种生物灭绝。然而，里氏木霉和大肠杆菌表现出任何稳定系统都必须具备的特性：协同作用。“我们让自然的动态出现，”明蒂说。
这种相互作用，明蒂和他的团队称之为合作者-作弊者机制，使细菌和真菌能够保持平衡状态。当真菌将玉米壳中的材料分解成糖时，其中一些作用发生在其表面上。因此，里氏木霉可以首先使用它们，从而防止更擅长抢夺它们的大肠杆菌抢走所有的糖，并可能使里氏木霉饿死。
自 2000 年美国农业部和美国能源部 (DOE) 开始向能够证明成功生产液体生物燃料的大学发放拨款以来，仅用细菌生产异丁醇的努力就一直在进行。美国能源部于 2011 年将异丁醇指定为汽油的“直接替代品”。
哥伦比亚大学的化学工程师约书亚·加拉韦没有参与这项研究，他说这项工作至关重要，因为生物燃料有潜力减少美国的碳足迹和对不可再生化石燃料的依赖。
当汽油等化石燃料燃烧时，构成它们的碳链会断裂，二氧化碳会释放到环境中。相反，当细菌制造燃料时，它们会从大气中吸收碳。“汽油和异丁醇之间的区别，”加拉韦说，“在于你燃烧的东西是你刚刚从大气中取出的东西，然后又把它放回去了。这是一个闭环。”此外，最终用于生产生物燃料的植物在生长过程中会从大气中吸收碳，从而有助于更环保的整体生产过程。
在他们的实验中，由化学工程师林晓霞领导的密歇根大学团队使用 CBP 实现了高达 62% 的产量，这是迄今为止达到的最高产量。为了使其团队将该过程产业化，他们需要达到更高的产量。虽然他们尚未进行详细分析，但明蒂表示他们希望达到大约 80% 到 90% 的产量。此外，他说，他们还需要提高发酵后获得的异丁醇浓度，并加快生产过程。“这很有希望，”明蒂说，“但仍需要进一步开发才能实现商业可行性。”