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Nature子刊：微生物如何为未来汽车提供动力

时间：2021-11-23 00:00:00 来源：网络整理

Nature子刊：微生物如何为未来汽车提供动力

经过基因工程改造的细菌可以将葡萄糖转化为脂肪酸，脂肪酸再转化为烯烃。为了培养这样的细菌，科学家们将微生物添加到装满营养物质的烧瓶中(黄色的肉汤)，并在培养箱中摇晃它们以促进氧气流动，如图所示。

这听起来像是现代炼金术:将糖转化为汽油中的碳氢化合物。

但这正是科学家们所做的。

在即将发表在《自然化学》(Nature Chemistry)上的一项研究中，研究人员报告说，他们利用生物学和化学的奇迹将葡萄糖(一种糖)转化为烯烃(一种碳氢化合物，是构成汽油的几种分子之一)。

该项目由布法罗大学的生物化学家Zhen Q. Wang和加州大学伯克利分校的Michelle C. Y. Chang领导。

这篇于11月22日发表的论文标志着在创造可持续生物燃料方面取得的进展。

Wang说，目前生产的汽油中烯烃只占很小的比例，但该团队开发的工艺可能会在未来进行调整，以产生其他类型的碳氢化合物，包括汽油的一些其他成分。她还指出，烯烃有非燃料用途，因为它们用于工业润滑剂和塑料制造的前体。

这是一个用食糖微生物和催化剂分两步完成的过程

为了完成这项研究，研究人员首先将葡萄糖注入对人类健康无害的大肠杆菌菌株中。

“这些微生物对糖上瘾，甚至比我们的孩子更严重，”Wang开玩笑说。

实验中的大肠杆菌经过基因改造，产生一组四种酶，将葡萄糖转化为3-羟基脂肪酸化合物。当细菌消耗葡萄糖时，它们也开始产生脂肪酸。

为了完成转化，研究小组使用了一种叫做五氧化二铌(Nb2O5)的催化剂，在化学过程中去除不需要的脂肪酸部分，生成最终产物:烯烃。

科学家们通过反复试验确定了酶和催化剂，测试了不同的分子，这些分子具有适合手头任务的特性。

“我们将生物学最擅长的和化学最擅长的结合在一起，创造了这个两步过程，”Wang博士说。“使用这种方法，我们能够直接从葡萄糖中制造烯烃。”

葡萄糖来自光合作用，光合作用将二氧化碳从空气中吸走

他说:“从像葡萄糖这样的可再生资源中生产生物燃料对于推进绿色能源技术有很大的潜力。”

葡萄糖是由植物通过光合作用产生的，光合作用将二氧化碳和水转化为氧气和糖。所以葡萄糖中的碳，以及后来的烯烃，实际上是从大气中提取出来的二氧化碳中产生的。”

然而，还需要更多的研究来了解这种新方法的好处，以及它是否可以有效地扩大规模，用于制造生物燃料或其他目的。首先需要回答的问题之一是生产烯烃的过程需要消耗多少能量;如果能源成本太高，就需要对技术进行优化，使其在工业规模上可行。

科学家们对增加产量也很感兴趣。目前，需要100个葡萄糖分子才能生产大约8个烯烃分子。想要提高这一比例，重点是诱导大肠杆菌产生更多的3-羟基脂肪酸来消耗每克葡萄糖。

A dual cellular–heterogeneous catalyst strategy for the production of olefins from glucose


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