利用大肠杆菌制备丁醇很给力

2011-09-04 11:00 · amy

近日，利用据麻省理工科技网报道，大肠丁醇美国莱斯大学的杆菌给力研究人员发现，通过利用一种高效代谢方式，制备大肠杆菌将糖类转换为丁醇的利用转换率较其他微生物高出10倍。

丁醇分子结构（图）

作为生物燃料，大肠丁醇丁醇在业界备受好评，杆菌给力因为相比甲醇、制备乙醇，利用它更容易保存,大肠丁醇且与汽油的混合比重有明显提高。虽然优点明显，杆菌给力但是制备目前并没有达到规模化生产，其主要原因就是利用造价高且不容易制取。不过，大肠丁醇这个难题有望得到突破。杆菌给力近日，据麻省理工科技网报道，美国莱斯大学的研究人员发现，通过利用一种高效代谢方式，大肠杆菌将糖类转换为丁醇的转换率较其他微生物高出10倍。

丁醇优点明显

通常情况下，丁醇由发酵糖制造，其每加仑所产生的能量比乙醇高，且丁醇可以通过现有的石油管道运输，这大大减少了丁醇的运输成本。丁醇是一种高能量的生物燃料，与传统的汽油燃料相比，每1加仑的丁醇能使汽车多走10%的路程，与乙醇相比，公里数更是增加到了30%。另外，相比乙醇，丁醇的腐蚀性要小得多，混合燃料中可混入20%的丁醇，但是乙醇目前混合比例达不到这个高度。同时，丁醇不像乙醇对汽油混合物中的水分那么敏感，使用丁醇作为驱动能源，无须改造输油管和发动机。这对于习惯于以车代步的“有车一族”来说具有绝对的说服力。

据悉，杜邦公司和英国石油公司正加大合作，两家公司将使用杜邦公司的科学和技术及其销售经验，将生物丁醇推向市场。正丁醇的化学结构使其与乙醇相比有几方面的优点，包括低蒸汽压和在汽油调合物中耐水污染，使其有利于在现有的分配管网中使用。而乙醇易吸引水分子，并有腐蚀管线的倾向。这样，在它用于与汽油调合时，必须使用汽车槽车、铁路贮罐车或驳船，以相对较小的数量运送。下一阶段，杜邦正在开发其它微生物，以用作新技术的催化剂，采用新技术可大大提高原料加工成燃料的转化率，提高发酵设施能达到的丁醇产率和浓度。

大肠杆菌很给力

目前，冈萨雷斯和他的同事们已经将这种新方法发表在《自然》杂志上。论文中主要分析了微生物通过分解脂肪酸，即碳氢化合物分子来产生能量的过程。研究人员通过修改大肠杆菌中十几个相关基因，逆转了β-氧化途径（脂肪酸氧化生成乙酰辅酶A的途径。脂肪酸活化成脂酰辅酶A后，逐步氧化脱下乙酰辅酶A。每次氧化从β碳原子开始，因此叫β-氧化途径。），从而使大肠杆菌可构建脂肪酸。

冈萨雷斯表示：“相比其他方式，这一方法更为有效，因为它在同一时间对正在形成的碳氢化合物分子上增加了两个碳原子，而不是一个。更重要的是，这两个碳原子增加到反应链上并不需要能量。”通过有选择性地修改基因，研究人员可以优化微生物特性，使之对生物燃料的贡献最大化。除丁醇以外，这种细菌可以产生各种有用的脂肪酸，现有工艺都是源自植物和动物油。

由于β-氧化途径几乎见于所有生物体中，因此，酵母和藻类同样适合这种改变，这会使许多不同的公司更容易采用该技术。冈萨雷斯表示：“目前我正试图改变多种微生物，希望让生物燃料来得更为便宜、更为有效。例如，酵母也可以生产乙醇和丁醇，但大肠杆菌长得更快。此外，我们不能忽视这一问题，这也是所有生物丁醇面临的关键挑战，因为原料是糖原料，如玉米、甘蔗或甜菜等，进而转为纤维素生物质，这种造价很昂贵。”

多家公司正研究

目前，美国有几家公司正试图对生物丁醇进行商业化生产，其中一些公司打算对现有乙醇制造设备进行改造。有商家表示，传统用来生产丁醇的细菌，其产量并不理想。美国橡树岭国家实验室（Oak  Ridge  National  Laboratory）生物燃料研究专员乔纳森•米雷茨表示：“通过对玉米发酵，可制取超过10％的乙醇，但是丁醇还远未达到这水平。通常其制取率约为1%到2％。”

美国莱斯大学最新研究表明，大肠杆菌在发酵糖类上的效果显著。通过加入大肠杆菌，等量糖所生产的燃料将提高5到10倍。这就是说，较少的糖能产生更多燃料，这大大降低了生产成本和运营成本，且这一过程也有望在较小的容器中完成。该项目带头人、莱斯大学化学和生物分子工程教授拉蒙•冈萨雷斯表示：“现在已经有几家公司对该项目表示出兴趣，我希望在未来三年里能看到该项目真正投产。”

美国目前有不少公司正加大对生物燃料的研究。比如，加州的钴生物燃料公司（Cobalt  Biofuels），该公司是一家生物丁醇新创公司，主要通过使用梭状芽孢杆菌来分解植物，随后把所产生的糖转化为丁醇、丙酮和乙醇的混合物。科罗拉多州的格沃公司（Gevo）正在研究大肠杆菌，大肠杆菌经过改变可转移一部分代谢产物，这可以防止代谢产物参与合成氨基酸，从而进行酒精生产。

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(责任编辑：焦点)