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从大肠杆菌中获取生物燃料
来源: | 作者:proe15b2b | 发布时间: 2011-03-12 | 664 次浏览 | 分享到:
来源 中新网   2011-3-11   来源地址http://www.bioon.com/biology/bioenginering/477301.shtml
Nature Chemical Biology :从大肠杆菌中获取生物燃料

美国加州大学伯克利分校化学系助理教授张嘉瑜(Michelle Chang)和她的研究团队,用基因转换和替代酶的方式从大肠杆菌中获取可替代汽油和柴油的生物燃料丁醇。这个突破性发现令人们有望从加油站购买到低成本绿色生物燃料。

广泛分布在土壤中的梭菌会自然产生一种化学物丁醇,它是继乙醇后被称为第二代的新型生物燃料。张嘉瑜对中新社记者表示,通过细菌基因改造获取生物燃料为传统化学研究赋予新的含义。许多学者,包括一些生物燃料公司,已经通过基因改变梭菌的方法来增强其获取丁醇的能力,还有的将外源基因植入酵母菌或大肠杆菌中产生丁醇。目前的研究方法是将梭菌合成丁醇的5个酶植入上述菌内,但因为无法克服因中间体不稳定返回原料的瓶颈问题,一公升细菌培养液获取丁醇不足0.5克,远不够人们对生物燃料的大量需求。

张嘉瑜的突破性发现是将梭菌合成丁醇的5种酶中的2个用来源于其他细菌具有相似功能的酶取代,并植入大肠杆菌中,替换后的酶大幅度降低了中间体的逆反应速度,避免丁醇在获取过程中因中间体不稳定导致产量低的问题。

“以这种方式可以在每公升大肠杆菌培养液中获取5克丁醇,是目前最高获取能力的10倍”,张嘉瑜说。这个极具突破性的研究成果刊登在上周的《自然—化学生物学》杂志上。

与从粮食中获取的乙醇相比,丁醇更具优点。张嘉瑜实验室的博士后温淼对记者表示,目前美国汽油的乙醇添加量占10%左右,但丁醇较乙醇更接近汽油,能量含量高,挥发性小。相比乙醇需要汽车运输,丁醇使用管道便可节省成本。

张嘉瑜和她的研究团队目前正在进行产量提高的研究。她说,“如果再做一些必要的改进,我们会做得更好,丁醇的获取量将提高2-3倍,有望进入规模生产。”

出生在加州圣地亚哥的张嘉瑜是第二代华裔,父母来自台湾。张嘉瑜在加州大学圣地亚哥分校获得生化和法国文学学士,并在麻省理工学院获得化学博士。她曾经获得多个国家级奖项,2008年以对细菌获取燃料的研究获美国35岁以下青年发明家奖。

生物谷推荐原文出处:

Nature Chemical Biology doi:10.1038/nchembio.537

Enzyme mechanism as a kinetic control element for designing synthetic biofuel pathways

Brooks B Bond-Watts,1, 2 Robert J Bellerose1, 2 & Michelle C Y Chang1, 2, 3

Living systems have evolved remarkable molecular functions that can be redesigned for in vivo chemical synthesis as we gain a deeper understanding of the underlying biochemical principles for de novo construction of synthetic pathways. We have focused on developing pathways for next-generation biofuels as they require carbon to be channeled to product at quantitative yields. However, these fatty acid–inspired pathways must manage the highly reversible nature of the enzyme components. For targets in the biodiesel range, the equilibrium can be driven to completion by physical sequestration of an insoluble product, which is a mechanism unavailable to soluble gasoline-sized products. In this work, we report the construction of a chimeric pathway assembled from three different organisms for the high-level production of n-butanol (4,650 ± 720 mg l?1) that uses an enzymatic chemical reaction mechanism in place of a physical step as a kinetic control element to achieve high yields from glucose (28%).

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