由劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校领导的研究小组对细菌进行了工程改造，以生产新的自然碳产品，这些产品可以为可持续生化产品提供一条强有力的途径。
最近在《自然》杂志上宣布的这一进展使用细菌将天然酶促反应与一种称为“卡宾转移反应”的新反应结合起来。这项工作有一天也可能有助于减少工业排放，因为它为通常依赖化石燃料的化学制造过程提供了可持续的替代方案。
“我们在这篇论文中展示的是，我们可以在细菌细胞内合成该反应中的所有物质——从天然酶到卡宾。你需要添加的只是糖，其余的由细胞完成，”首席研究员JayKeasling说。能源部联合生物能源研究所(JBEI)的研究和首席执行官。
卡宾是高反应性碳基化学品，可用于许多不同类型的反应。几十年来，科学家们一直希望在燃料和化学品的制造以及药物发现和合成中使用卡宾反应。
但是这些卡宾过程只能通过试管小批量进行，并且需要昂贵的化学物质来驱动反应。
在这项新研究中，研究人员用链霉菌工程菌株可以生产的天然产物取代了昂贵的化学反应物。
由于细菌利用糖通过细胞代谢产生化学产品，“这项工作使我们能够在没有化学合成中通常使用的有毒溶剂或有毒气体的情况下进行卡宾化学，”第一作者，Keasling伯克利实验室博士后研究员JingHuang说。实验室。“这种生物过程比今天合成化学品的方式更加环保，”黄说。
在JBEI的实验中，研究人员观察了工程细菌代谢糖类并将其转化为卡宾前体和烯烃底物的过程。该细菌还表达了一种进化的P450酶，该酶利用这些化学物质生产环丙烷，这是一种高能分子，可用于新型生物活性化合物和先进生物燃料的可持续生产。
“我们现在可以在细菌细胞内进行这些有趣的反应。细胞产生所有的试剂和辅助因子，这意味着你可以将这种反应扩展到非常大规模”以进行大规模生产，Keasling说。
黄说，招募细菌来合成化学物质也可以在减少碳排放方面发挥不可或缺的作用。据伯克利实验室的其他研究人员称，将近50%的温室气体排放来自化学品、钢铁和水泥的生产。政府间气候变化专门委员会最近的一份报告称，要将全球变暖幅度限制在比工业化前水平高1.5摄氏度，就需要到2030年将温室气体排放量大幅减少一半。
黄说，虽然可以设想这种完全集成的系统用于大量卡宾供体分子和烯烃底物，但尚未准备好商业化。
“对于每一项新的进步，都需要有人迈出第一步。在科学领域，成功可能需要数年时间。但你必须不断尝试——我们不能放弃。我希望我们的工作能激励其他人继续寻找更绿色、可持续的生物制造解决方案，”黄说。