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【科普类】微生物胖子为我们提供生物燃料
【科普类】微生物胖子为我们提供生物燃料
www.dicp.ac.cn    发布时间:2011-10-13 16:20    栏目类别:征文展览

 十八室 周雍进

人体肥胖是由于体内过量积累脂肪引起,这对我们可不是什么好事,既影响身材又影响健康。所以很多少女每天都想着减肥维持婀娜的身材。而但脂肪积累也不是一无是处,微生物过量积累脂肪酸肥胖对于我们就大有用处。因为其体内的脂肪酸既可以开发成保健品,还有可以解决现在的能源危机呢?

经济快速发展如此之快,全球对能源需求剧增,以至于每个国家都在为能源而担心。传统化石能源日益枯竭难以支撑经济可持续发展,并且化石能源使用产生的温室气体对环境产生了巨大危害,所以迫切需要发展替代石化能源的可再生能源。与石化燃料相比,生物燃料源于可再生的生物质资源,其燃烧产生的CO2可经植物光合作用重新转化为生物质,实现绿色、可持续循环。微生物脂肪酸由于其碳链长,能量密度高,不易挥发,可以用来开发出生物柴油,航空煤油等生物燃料。

细胞内含有脂肪酸合成途径和分解途径,当合成速度快,而分解速度慢就会积累脂肪酸及油脂。一般生物体内的脂肪酸以及油脂都是经过脂肪酸合成途径提供,于是很多研究者们努力通过改造微生物的脂肪酸途径,加快脂肪酸合成反应速度,减少脂肪酸分解速度。使微生物一个个长成小胖子,而这小胖子就像一个个的小油田,绵绵不绝的提供油料。2010年《自然》杂志上报道增加大肠杆菌脂肪酸合成效率,消弱脂肪酸分解速度,这些大胖子产油能力确实惊人:脂肪酸产量达到了1.2 g/L,生物柴油产量达到了0.7 g/L。

而最近莱斯大学的科学家们打破常规思维,他们不过分依赖脂肪酸合成途径,而是修改了大肠杆菌中十几个相关基因,逆转了脂肪酸氧化途径,而使得该途径从分解脂肪酸变成了合成脂肪酸,从而使这种微生物可以高效生产脂肪酸。由于化学反应基本都是可逆反应,只是由于正向及逆向反应速率不同而决定着整个反应的方向。脂肪酸分解途径大部分反应可逆反应,只有一步脱氢反应主要方向是催化脂肪酸的分解。科学家们充分利用了脂肪酸分解途径的可逆性这一特点,并且将脱氢酶替换为加氢酶,将脂肪酸分解途径逆转为脂肪酸合成途径。相比其他方法,这一方法更有效,因为它在同一时间可增加两个碳原子,而不是一个,使得脂肪酸分子以两个碳原子的形式延长。相比脂肪酸合成途径,脂肪酸分解逆途径更有效。因为脂肪酸合成途径中,碳链延伸时需要捕获一个二氧化碳分子,消耗一分能量,在延长碳链时又将二氧化碳分子释放出去,相当于白白消耗了一份能量,而逆转的脂肪酸分解途径就不存在这个问题,碳链延伸时直接将两个碳原子增加到链条上,而并不需要浪费能量。该研究利用廉价的培养基(只含有葡萄糖和一些必须盐类)生产了大约7 g/L的脂肪酸,较来源于脂肪酸合成途径的1.2 g/L大幅度提高。

除脂肪酸以外,这种细菌可以产生各种有用的醇类(四碳丁醇,六碳己醇等),这些醇类由于其能量密度高,不溶于水,比现在的燃料乙醇更接近汽油,有望作为汽油替代品。通过选择性地操纵基因,研究人员可以设计微生物,以合成许多不同的燃料和化学品。

由于脂肪酸氧化途径几乎见于所有生物体中,因此,它也可以在酵母和藻类中设计,这将制造出不同的小胖子,共同为解决能源问题提供一条崭新的思路。

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