圣路易斯华盛顿大学的研究人员发现了一种新的方法，可以训练微生物生产一种现成的生物燃料。
一个由生物学家和工程师组成的团队改良了一种叫做Rhodopseudomonas palustrisTIE-1 (TIE-1)，这样它就可以生产一种生物燃料，只使用三种可再生的和自然丰富的来源成分:二氧化碳、太阳能电池板产生的电力和光。
由此产生的生物燃料，n丁醇是一种真正的碳中性燃料替代品，可与柴油或汽油混合使用。研究结果发表在11月3日的《通讯生物学》杂志上。
这项研究由艺术与科学生物学副教授Arpita Bose领导，她的实验室成员和华盛顿大学麦凯维工程学院的工程师共同撰写。
“微生物进化出了一系列令人眼花缭乱的技术，从周围环境中获取营养。”Bose说。“也许这些喂养技术中最吸引人的是使用微生物电合成(MES)。在这里，我们利用微生物的力量将二氧化碳转化为可使用的生物燃料中的增值多碳化合物。”
该研究的第一作者是麦凯维工程学院能源、环境与化学工程系的博士研究生白伟。2015-2020年，白在艺术与科学的Bose实验室担任研究助理。白现在是Amyris的一名科学家，Amyris是一家用合成生物学制成的可持续成分的制造商。
＂我们制造的燃料，正丁醇，具有高能量含量和低的倾向汽化或溶解在水中而不燃烧。”白说。“与常用的生物燃料乙醇相比，尤其如此。”
通过微生物电合成的微生物直接附着在MES反应器内的负极上，这样它们就可以“吃”电。Bose实验室之前的研究帮助阐明了TIE-1等微生物如何利用电子固定二氧化碳，以及如何使用它们来制造可持续的生物塑料。
Bose说，随着科学家对这些微生物的了解越来越多，它们的潜在用途也越来越有前景，尽管她承认在这些技术大规模投入工业生产之前还需要改进。
生产可持续的生物燃料
其他研究人员此前已经探索了利用蓝藻等微生物来生产可持续的生物燃料。然而，这些类型的生物在光合作用中产生氧气，这往往限制了它们合成生物燃料的效率，因为许多参与生物合成途径的酶是氧敏感的。
为了探索如何利用TIE-1来生产生物燃料，Bai和Bose构建了一种不能固定氮的微生物突变形式。然后，科学家们引入了一种人造的n-丁醇生物合成途径进入这种新的突变体。
当氮气是唯一的氮源时，他们培育的微生物无法生长。所以，这个版本的TIE-1将精力投入到生产中n丁醇-;在不显著增加耗电量的情况下提高生物燃料产量。
“据我们所知，这项研究代表了使用太阳能电池板供电的微生物电合成平台生产生物燃料的首次尝试，其中二氧化碳直接转化为液体燃料。”白说。我们希望它能成为未来可持续太阳能燃料生产的垫脚石。”
Bose说:“利用太阳能电池板产生的电力，可以实现生物塑料和生物燃料的工业规模制造，从而创造一个完全可持续的循环。”
“美国和欧盟认为微生物电合成是可持续发展和气候变化解决方案的关键技术。”Bose说。“最终，通过利用在遥远的过去进化的微生物代谢，我们希望能够出现新的方法来帮助解决我们这个时代一些最紧迫的问题。”
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