工程細(xì)菌將捕獲的二氧化碳轉(zhuǎn)化為用于燃料、織物和化妝品所需有價(jià)值的化學(xué)品
合成生物學(xué)家已經(jīng)設(shè)計(jì)出將碳廢物轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的化學(xué)物質(zhì)的細(xì)菌。負(fù)碳方法有助于實(shí)現(xiàn)凈零排放經(jīng)濟(jì)。來(lái)源：賈斯汀繆爾
工程細(xì)菌將碳廢料升級(jí)為有價(jià)值的化學(xué)品
眾所周知，細(xì)菌會(huì)分解乳糖來(lái)制造酸奶和糖來(lái)制造啤酒?，F(xiàn)在，由西北大學(xué)和 LanzaTech 領(lǐng)導(dǎo)的研究人員已經(jīng)利用細(xì)菌分解廢棄的二氧化碳 (CO?2?) 來(lái)制造有價(jià)值的工業(yè)化學(xué)品。
在一項(xiàng)新的試點(diǎn)研究中，研究人員選擇、設(shè)計(jì)和優(yōu)化了一種細(xì)菌菌株，然后成功證明了其將 CO?2轉(zhuǎn)化為丙酮和異丙醇 (IPA) 的能力。
這種新的氣體發(fā)酵過(guò)程不僅可以從大氣中去除溫室氣體，還可以避免使用化石燃料，而化石燃料通常是生成丙酮和 IPA 所必需的。在進(jìn)行生命周期分析后，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，如果廣泛采用，與傳統(tǒng)工藝相比，負(fù)碳平臺(tái)可以減少 160% 的溫室氣體排放。
該研究將于今天（2022 年 2 月 21 日）發(fā)表在《自然生物技術(shù)》雜志上。
“氣候危機(jī)的加速，加上人口的快速增長(zhǎng)，對(duì)人類(lèi)構(gòu)成了一些最緊迫的挑戰(zhàn)，所有這些都與整個(gè)生物圈中 CO?2的不斷釋放和積累有關(guān)，”西北大學(xué)的 Michael Jewett 說(shuō)，他是該雜志的共同高級(jí)作者。學(xué)習(xí)?！巴ㄟ^(guò)利用我們與生物學(xué)合作的能力，在可持續(xù)和可再生的基礎(chǔ)上，在需要的時(shí)間和地點(diǎn)制造所需的東西，我們可以開(kāi)始利用可用的 CO?2來(lái)改變生物經(jīng)濟(jì)。”
Jewett 是西北大學(xué)麥考密克工程學(xué)院的 Walter P. Murphy 化學(xué)和生物工程教授，也是合成生物學(xué)中心的主任。他與 LanzaTech 的研究人員 Michael Koepke 和 Ching Leang 共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。
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必要的工業(yè)散裝和平臺(tái)化學(xué)品、丙酮和 IPA 幾乎隨處可見(jiàn)，全球市場(chǎng)總和超過(guò) 100 億美元。IPA 廣泛用作消毒劑和防腐劑，是世界衛(wèi)生組織推薦的兩種消毒劑配方之一的基礎(chǔ)，可高效殺死SARS-CoV-2病毒。丙酮是許多塑料和合成纖維、稀釋聚酯樹(shù)脂、清潔工具和指甲油去除劑的溶劑。
雖然這些化學(xué)物質(zhì)非常有用，但它們是由化石資源產(chǎn)生的，會(huì)導(dǎo)致氣候變暖的 CO?2排放。
為了更可持續(xù)地制造這些化學(xué)品，研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的氣體發(fā)酵工藝。他們從自產(chǎn)乙醇梭菌開(kāi)始，這是一種由 LanzaTech 設(shè)計(jì)的厭氧細(xì)菌。然后，研究人員使用合成生物學(xué)工具對(duì)細(xì)菌進(jìn)行重新編程以發(fā)酵 CO?2以制造丙酮和 IPA。
“這些創(chuàng)新由引導(dǎo)菌株工程和途徑酶優(yōu)化的無(wú)細(xì)胞策略引領(lǐng)，將生產(chǎn)時(shí)間縮短了一年多，”Jewett 說(shuō)。
Northwestern 和 LanzaTech 團(tuán)隊(duì)相信開(kāi)發(fā)的菌株和發(fā)酵過(guò)程將轉(zhuǎn)化為工業(yè)規(guī)模。該方法還可能用于創(chuàng)建生產(chǎn)其他有價(jià)值化學(xué)品的簡(jiǎn)化流程。
“這一發(fā)現(xiàn)是在避免氣候?yàn)?zāi)難方面向前邁出的重要一步，”LanzaTech 首席執(zhí)行官 Jennifer Holmgren 說(shuō)?！敖裉?，我們的大部分商品化學(xué)品都完全來(lái)自石油、天然氣或煤炭等新的化石資源。丙酮和 IPA 是兩個(gè)例子，全球市場(chǎng)合計(jì)達(dá) 100 億美元。開(kāi)發(fā)的丙酮和 IPA 途徑將通過(guò)關(guān)閉碳循環(huán)來(lái)加速其他新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，以便它們?cè)诙鄠€(gè)行業(yè)中使用。”
參考文獻(xiàn)：
Fungmin Eric Liew、Robert Nogle、Tanus Abdalla、Blake J. Rasor、Christina Canter、Rasmus O. Jensen、Lan Wang、Jonathan Strutz、Payal 的“通過(guò)氣體發(fā)酵生產(chǎn)丙酮和異丙醇的負(fù)碳、規(guī)?；a(chǎn)” Chirania, Sashini De Tissera, Alexander P. Mueller, 阮振華, Allan Gao, Loan Tran, Nancy L. Engle, Jason C. Bromley, James Daniell, Robert Conrado, Timothy J. Tschaplinski, Richard J. Giannone, Robert L. Hettich , Ashty S. Karim, Séan D. Simpson, Steven D. Brown, Ching Leang, Michael C. Jewett 和 Michael K?pke，2022 年 2 月 21 日，Nature Biotechnology。
DOI：10.1038/s41587-021-01195-w
Jewett 是生命過(guò)程化學(xué)研究所、Simpson Querrey 生物納米技術(shù)研究所和西北大學(xué) Robert H. Lurie 綜合癌癥中心的成員。
這項(xiàng)名為“通過(guò)氣體發(fā)酵生產(chǎn)丙酮和異丙醇的負(fù)碳、規(guī)?；a(chǎn)”的研究得到了美國(guó)能源部 (DOE) 生物能源技術(shù)辦公室的支持（獎(jiǎng)勵(lì)編號(hào) DE-EE0007566 和 CRADA/NFE-16-06364） 、美國(guó)能源部科學(xué)辦公室、生物和環(huán)境研究部、基因組科學(xué)計(jì)劃（獎(jiǎng)勵(lì)編號(hào) DE-SC0018249 和 FWP ERKP903）、大衛(wèi)和露西爾帕卡德基金會(huì)和卡米爾德雷福斯教師學(xué)者計(jì)劃。