工程细菌为应对气候变化提供了一个强大的新途径

　　研究人员在细菌中发现了一种新的途径，有可能使各种行业脱碳。这一突破可以大大减少燃料、药物和化学品生产过程中产生的温室气体的排放。劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校之间的合作研究工作已经催生了能够产生独特的碳基产品的细菌工程。这一突破可能为生产可持续的生物化学制品开辟了一条有希望的道路。

　　在能源部联合生物能源研究所的实验中，研究人员观察了一株工程化的链霉菌，因为它生产环丙烷，这种高能分子有可能被用于新型生物活性化合物和先进生物燃料的可持续生产。资料来源：Jing Huang/伯克利实验室

　　最近发表在《自然》杂志上的这一发现，利用细菌将天然的酶促反应与一种被称为"碳烯转移反应"的新型反应相结合。这项研究有可能通过为通常依赖化石燃料的传统化学制造方法提供可持续的替代方案来减轻工业排放。

　　"我们在这篇论文中所展示的是，我们可以在细菌细胞内合成这个反应中的一切--从天然酶到碳烯。"该研究的主要研究者、能源部联合生物能源研究所（JBEI）的首席执行官Jay Keasling说："需要添加的只是糖，其余的由细胞完成。"

　　烯烃是高度反应性的碳基化学品，可用于许多不同类型的反应。几十年来，科学家们一直希望将碳烯反应用于燃料和化学品的制造，以及药物的发现和合成。

　　但是这些碳烯过程只能通过试管小批量进行，并且需要昂贵的化学物质来驱动反应。

　　在新的研究中，研究人员用天然产品取代了昂贵的化学反应物，这些天然产品可以由链霉菌的一个工程菌株生产。第一作者、伯克利实验室Keasling实验室的博士后研究员Jing Huang说："因为细菌通过细胞代谢使用糖来生产化学产品，这项工作使我们能够在没有通常用于化学合成的有毒溶剂或有毒气体的情况下进行卡宾化学。这种生物过程比今天合成化学品的方式更环保。"

　　在JBEI的实验中，研究人员观察了工程细菌的新陈代谢，并将糖类转化为碳烯前体和烯类底物。该细菌还表达了一种进化的P450酶，该酶利用这些化学物质生产环丙烷，这些高能分子有可能被用于新型生物活性化合物和先进生物燃料的可持续生产。"我们现在可以在细菌细胞内进行这些有趣的反应。细胞产生所有的试剂和辅助因子，这意味着你可以将这一反应扩展到非常大的规模以用于大规模生产，"Keasling说。

　　Huang说，培育细菌来合成化学品也可以在减少碳排放方面发挥不可或缺的作用。据伯克利实验室的其他研究人员称，近50%的温室气体排放来自化学品、钢铁和水泥的生产。政府间气候变化专门委员会最近的一份报告说，将全球变暖限制在比工业化前水平高1.5摄氏度，将需要在2030年前将温室气体排放严格削减一半。虽然这种完全集成的系统可以设想用于大量的碳烯供体分子和烯烃底物，但它还没有准备好进行商业化。

　　"对于每一个新的进展，都需要有人迈出第一步。而在科学领域，可能需要多年才能成功。但是你必须继续尝试  -我们不能放弃。我希望我们的工作将激励其他人继续寻找更绿色、可持续的生物制造解决方案，"黄说。