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美科学家用微生物促生物燃料生产

导读: 实验表明SCF1可以通过调整细胞膜的成分,降低细胞的通透性,增加一种转运蛋白,来抵抗离子液体的毒性作用。

  据报道,近日美国联合生物能源研究所(JBEI)通过新的实验方法和基因测序分析,破解了在热带雨林土壤中发现的细菌结构,发现了细菌耐受有毒含盐溶剂的生理机制。这一发现有望提高微生物对生物燃料生产过程中所使用的含盐溶剂毒性的抵抗能力,有助于提高生物燃料的生产效率。

  利用植物生物能量生产液体燃料,是未来能源技术的发展方向。这不仅可以减少温室气体的排放,还可以缓解全球对化石燃料的依赖。

  在植物细胞壁内储存有非常丰富的糖类,我们称之为木质纤维素。利用该物质生产的生物燃料足以满足地球上大部分的能源需求。在通常情况下,木质纤维素的提取非常困难,需要进行化学预处理,然后使用微生物酶进行分解。目前,普遍使用一种离子液体,即“含盐溶剂”来促进纤维素的分解,但是这种溶剂是有毒的。在燃料生产随后的转换步骤中将利用大量细菌,含盐溶剂对于这些细菌有着致命影响。

  JBEI研究小组使用新的实验方法和基因测序分析发现,某些细菌可以存活于制造生物燃料的有毒化学品中。研究小组的领导者,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的迈克尔·泰伦说:“我们发现,一些微生物具有耐受含盐溶剂的天然特性,通过了解它们的耐受机制,可以显著地提高生物燃料的产量。”

  研究小组于5月14日在《美国国家科学院院刊》上深入地描述了这种来自热带雨林土壤的肠杆菌,以及其耐受含盐溶剂的毒性作用,并用于生物燃料的生产。

  在自然环境中发现的微生物,比如森林土壤中腐败物分解后产生的细菌,能产生高效的酶用来降解纤维素,而且能够适应环境的压力变化。利用这些原生细菌的有益特性,通过基因工程对现有的实验室菌种进行改造,可以提高它们在生物燃料生产过程中对有毒含盐溶剂的耐受性,从而提高生产效率。

  泰伦和他的研究小组分离出肠杆菌木质纤维素分解菌株SCF1,这种细菌可以降解植物的生物质纤维素。它们发现,在用于预处理木质纤维素的高浓度含盐溶剂中,SCF1可以保持良好的生长状态。而这种化学物质,对于其他的细菌菌种来说是剧毒物质。

  泰伦表示:“在研究SCF1对高浓度含盐溶剂的耐受机制时,我们使用高通量生长化验,并对细菌细胞膜进行成分分析,测定它的所有变异基因。然后对SCF1的基因组进行测序,发现多种代谢反应,并将这些反应绘成图谱。”结果表明,SCF1之所以可以抵抗含盐溶剂的毒性是因为其自身可以调节细胞膜的成分,降低细胞渗透性,并增加一种转运蛋白质,在有毒化学物质侵害细胞之前,将毒素泵出细胞。

  泰伦认为,应该加大对微生物发现和分析的力度,那些性质类似SCF1的微生物,将为生物燃料工业带来极大利益。并且,这些研究成果可以作为耐受离子液微生物基因工程的基础,在未来设计出离子溶剂耐受性更强的微生物,从而创造更高效的生物燃料生产工艺。

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