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基因傳感器提高生物燃料產(chǎn)量
來源:加州大學(xué) 發(fā)表于 2012/4/13

  燃料提升:杰伊·柯斯林(左)和張福忠(Fuzhong Zhang),他是第一作者,發(fā)表文章介紹這項(xiàng)新的研究工作,這是他們在伯克利聯(lián)合生物能源研究所(JBEI:Berkeley’s Joint BioEnergy Institute)。



  這一結(jié)論出自加州大學(xué)伯克利分校(University of California, Berkele)的研究人員,他們報(bào)道了一種基因傳感器,可以使細(xì)菌調(diào)節(jié)基因表達(dá),響應(yīng)關(guān)鍵中間體的變化水平,以制造生物燃料。這樣,細(xì)菌生產(chǎn)出了三倍多的燃料。這樣的傳感器調(diào)節(jié)系統(tǒng)最終可使高級(jí)生物燃料更便宜,使它們邁進(jìn)了一步,更具有經(jīng)濟(jì)可行性,可取代汽油類產(chǎn)品。

  有一個(gè)問題,限制了細(xì)菌生產(chǎn)生物燃料的產(chǎn)量,這就是不能平衡不同的生物組分或前體,用以制造最終燃料產(chǎn)品。本周,《自然·生物技術(shù)》(Nature Biotechnology)上發(fā)表了一項(xiàng)研究,加州大學(xué)伯克利分;瘜W(xué)工程和生物工程教授杰伊·柯斯林(Jay Keasling)及其同事描述了一種生物傳感器系統(tǒng),可以讓細(xì)菌調(diào)節(jié)基因的生物燃料生產(chǎn)路徑,只需要依據(jù)細(xì)胞中的某種前驅(qū)體的數(shù)量。

  研究者增加了以前報(bào)道過的一個(gè)菌種,就是改造過的大腸桿菌(E. coli),它制造生物燃料需要利用兩種基本生物成分,就是脂肪酸(fatty acids)和乙醇(ethanol)。在這一菌種的生命周期內(nèi),一種前體產(chǎn)量高于另一種,效率低,而且有時(shí)會(huì)形成有害的狀態(tài)。

  “這些路徑不平衡,”柯斯林說,“這些細(xì)胞浪費(fèi)原料,生產(chǎn)的一種前體多于另一種!贝送,他說,生物燃料生產(chǎn)有時(shí)會(huì)消耗太多的脂肪酸,細(xì)菌在它們生命周期的某一階段需要脂肪酸,這就使這種菌種很不穩(wěn)定。

  柯斯林和同事們設(shè)計(jì)了一種細(xì)菌,他們利用自然存在的傳感器,響應(yīng)內(nèi)部脂肪酸和相關(guān)的分子的數(shù)量,相應(yīng)地調(diào)整它的路徑的活性。當(dāng)有限數(shù)量的脂肪酸存在于細(xì)胞內(nèi)時(shí),這種傳感器-調(diào)節(jié)器分子就會(huì)關(guān)閉乙醇生產(chǎn)路徑和脂肪酸轉(zhuǎn)換路徑。相反地,當(dāng)細(xì)菌含有高水平的脂肪酸時(shí),這些路徑的閘就會(huì)打開。

  這種傳感器-調(diào)節(jié)器系統(tǒng)從兩方面改善了工程細(xì)菌,柯斯林說:代謝路徑獲得更好的平衡,因此,相對(duì)于另一種前體來說,一種前體的產(chǎn)量不會(huì)過多,而且,改良的細(xì)菌更穩(wěn)定,這是因?yàn)樯锶剂仙a(chǎn)不會(huì)剝奪細(xì)胞的生長能力。這種“自我意識(shí)”增加了細(xì)菌生產(chǎn)生物燃料的數(shù)量,使理論最大值提高28%,比以前所報(bào)道的菌種提高三倍。

  雖然這一改進(jìn)很顯著,但是生物燃料的生產(chǎn)仍然很有限,不能使這種燃料成為主流。“這有許多問題,包括代謝不平衡,都需要解決,才能使生物燃料更實(shí)際,”柯斯林在一封郵件中說。例如,擴(kuò)大這些大型實(shí)驗(yàn)培育,達(dá)到商業(yè)規(guī)模,也就是百萬升的數(shù)量,這就是一個(gè)挑戰(zhàn)。

  基因調(diào)節(jié)器并不是唯一的鑰匙,可以開辟新生態(tài)生物燃料領(lǐng)域,但是,它是一流技術(shù),可以提高生物燃料的產(chǎn)量,詹姆士·廖(James Liao)說,他是加州大學(xué)洛杉磯分校(University of California, Los Angeles)生物分子工程師!皞鞲衅-調(diào)節(jié)器系統(tǒng)是很有用的工具,就在我們現(xiàn)有的工具箱中!

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