研究人员开发出一种新途径，使最微小的生命形式之一能够制造燃料。
通过吸入二氧化碳和氢气，一种经过工程改造的罗尔斯通氏菌 (Ralstonia eutropha) 产生了支链醇，这些化合物可以与汽油混合，也可以单独作为能源。这可能有助于以产生经济效益的方式再利用碳排放。
研究人员最初研究这种细菌是因为它可以在压力下形成聚合物。他们在《应用微生物学与生物技术》杂志本月早些时候发表了他们的发现。“我们研究这种生物体已经25年了，”该报告的合著者之一、麻省理工学院微生物学教授安东尼·辛斯基 (Anthony Sinskey) 说。
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他指出，俄罗斯科学家也研究过罗尔斯通氏菌 (R. eutropha)，将其作为从载人航天器中去除二氧化碳并作为潜在食物来源的一种方法。
这种细菌的多功能性源于它所栖息的土壤，在那里它与真菌、动物和其他细菌争夺任何营养碎屑。“我认为它在一种必须偷偷摸摸求生的环境中长大，”辛斯基说。“它真是一种生存生物。” 因此，罗尔斯通氏菌 (R. eutropha) 可以再利用它可以吃掉的任何东西——糖、脂肪、油、二氧化碳——来制造对其生存至关重要的蛋白质和聚合物。
在能源部高级研究计划署-能源 (Department of Energy's Advanced Research Projects Agency-Energy) 的资助下，科学家们发现，通过稍微进行基因调整，他们可以让这种微生物制造其他有用的化学物质甚至燃料。
扩大生产规模，降低成本
该团队使用首先在德国分离出的菌株，改变了罗尔斯通氏菌 (R. eutropha) 通常用于制造支链氨基酸（蛋白质的一些基本单元）的途径。“我们没有破坏任何与生长相关的基因，”该研究的主要作者、麻省理工学院化学博士生陆晶楠 (Jingnan Lu) 说。“我们主要是在转移中间体。” 这至关重要，因为科学家们希望确保细菌在制造燃料的同时仍然能够茁壮成长，因此他们必须平衡生物体的生存需求和他们的生产需求。
升级后的细菌产生的支链醇浓度超过每升 270 毫克。研究人员发现，他们可以通过每 24 小时从细菌细胞中去除醇类来进一步提高浓度，从而在 50 天内使燃料浓度超过每升 14 克。
另一位合著者、麻省理工学院生物学系研究科学家克里斯托弗·布里格姆 (Christopher Brigham) 解释说，然后可以将细菌在生物反应器中培养，在那里它们在来自燃煤发电机或钢铁加工厂的二氧化碳流中生长。
“在为此设计反应器时，要考虑的关键事项之一是我们正在制造的燃料产品对细菌有毒，”他说，并指出这种装置必须在醇类产生时将其去除。“理想情况下，我们希望制造一个连续生物反应器。”
与使用大肠杆菌 (Escherichia coli) 制造乙醇的其他细菌生物燃料途径相比，这种方法具有一些优势。罗尔斯通氏菌 (R. eutropha) 不需要生物质或糖就能生长，并且在暴露于污染物（如一氧化碳）时仍能发挥作用。支链醇也可以作为直接替代燃料，这与需要专门改装发动机的乙醇不同。
辛斯基表示，随着粮食和食品商品价格的上涨，仅使用废气的生物燃料途径可能成为能源生产商有吸引力的选择。罗尔斯通氏菌 (R. eutropha) 也可能有利于气候。“它会做出贡献，但不要指望它能[完全]去除温室气体，”他说。
研究人员现在将专注于优化他们的细菌，以提高其燃料产量，同时降低其成本。“我们需要达到每升克，而不是每升毫克，”辛斯基说。
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