科学家们已经改造出一种细菌，它可以从空气中吸收二氧化碳，并在一个酶促步骤中将其转化为燃料。
该过程利用阳光在细菌Rhodopseudomonas palustris内部产生甲烷和氢气，本质上是逆转了燃烧过程。这些工程细菌可以引导科学家开发出更好的碳中和生物燃料。
研究人员昨天在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的研究结果。
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共同作者、华盛顿大学微生物学教授卡罗琳·哈伍德说，这份报告源于她对一种名为固氮酶的研究。
她说：“我们对固氮酶非常感兴趣，因为它能够进行一项非常困难的反应。”
在自然界中，这种酶充当催化剂，帮助某些细菌将惰性的空气氮气转化为反应性氨，这个过程称为氮还原或固氮。这种酶使用三磷酸腺苷（ATP），这是一种在细胞中充当能量货币的化合物。
如果没有这种酶，氮还原反应会有一个巨大的能量壁垒，并且很少自行发生。
研究人员想知道他们是否可以调整固氮酶，使其能够与其他稳定且惰性的分子一起工作。哈伍德说：“最近人们开始认识到这种酶有点‘混杂’，也可以进行其他反应，只是效率不高。”
她的一些合作者设法分离并改变了固氮酶，使其可以使用碳的最高氧化形式，即二氧化碳，作为起始材料，并产生碳的最低还原形式——甲烷。但是，这种改良的酶是在试管中以小规模费力地生产出来的，这对于未来可能产生工业规模生物燃料的过程来说是不够的。
哈伍德说：“我们想看看是否可以让一个真正的活生物体进行这种转化。”
该团队准备了一种经过改造的R. palustris细菌，该细菌被改造为全速产生工程固氮酶。在其自然状态下，该细菌吸收阳光以产生 ATP，因此光有助于产生能量来为修饰细胞中的酶提供动力。
研究人员发现，改良的固氮酶不再能够固定氮，但当细菌受到光照时，它可以产生甲烷和氢气。
然而，新的固氮酶在从二氧化碳产生甲烷方面的效率远不如其从氮气产生氨的效率高。哈伍德说：“正常的酶每产生一个[分子]氨气，大约会产生两个氢气。” “改变后的酶每产生一个甲烷分子，就会产生一千个氢气分子。”
阿肯色大学费耶特维尔分校生物科学系副教授丹尼尔·莱斯纳没有参与这项研究，他说这些发现为利用活生物体生产甲烷（天然气的主要成分）指明了更清晰的途径。
他说：“这令人兴奋。”
莱斯纳研究一类名为产甲烷菌的细菌，它们自然产生甲烷。但是，它们使用不同的起始材料，例如醋酸盐。
他说：“产甲烷菌需要其他微生物为它们提供其他电子供体。” “那么你需要的不仅仅是一种微生物，而是多种微生物。”
另一方面，R. palustris中的新工程固氮酶可以一步将二氧化碳转化为甲烷，从而简化了过程。由于它发生在活生物体中，因此反应发生在环境温度下，从而减少了生产生物燃料所需的能量。
莱斯纳说：“自然发生的这一过程仍然更有效，但由于这种工程生物体的简单性，将更容易操控该过程。”
哈伍德说，她的团队目前正在研究是否可以调整这种酶以提高其还原二氧化碳的效率，并寻找他们可以制造的其他有用的化学物质。
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