振奮人心！科學家改造菌可產生大量合成橡膠
2023-07-24
7210核心提示：細菌降解橡膠并不稀奇，但細菌能“呼出”橡膠，這倒是個振奮人心的消息。近日，來自美國內布拉斯加大學的生物化學家Nicole Buan
細菌降解橡膠并不稀奇，但細菌能“呼出”橡膠，這倒是個振奮人心的消息。近日，來自美國內布拉斯加大學的生物化學家Nicole Buan等人在《應用與環(huán)境微生物學》雜志上發(fā)表論文稱，他們通過基因工程改造了一種產甲烷菌。這種改造菌可產生大量合成橡膠的主要化學成分——異戊二烯，且產量遠超其他微生物。
人們每年要從石油中提煉約80萬噸異戊二烯，大部分用于生產合成橡膠。為了減少我們對化石燃料的依賴，研究人員一直在尋找可再生的化學物質來源，其中包括我們熟悉的酵母、大腸桿菌和藍藻等。然而，用上述微生物生產異戊二烯，不僅需要昂貴的原料，還需耗時耗力建造新設施。
產甲烷菌的生長無需光線和氧氣。它不僅能輕易吞噬生產過程中的廢物（包括廢水），還會自然地將其5%的代謝能量用于構建類異戊二烯（基本成分為異戊二烯的化合物）細胞膜。多年來，Buan一直試圖在產甲烷菌將類異戊二烯整合到細胞膜之前，從中提取類異戊二烯。獲得資助后，Buan便馬不停蹄地開展了這次研究。
研究始于一種可將10%碳轉化為異戊二烯的楊樹基因。這種基因可指導異戊二烯合成酶的形成，而異戊二烯合成酶會作用于二甲基烯丙基焦磷酸鹽（DMAPP）。DMAPP由一個異戊二烯分子和一個焦磷酸分子組成，通常會成為產甲烷菌細胞膜的一部分。在此之前，異戊二烯合成酶將切斷焦磷酸分子，進而讓微小的異戊二烯分子以氣體形式自由地通過細胞膜逸出。
在新研究中，Buan將異戊二烯合成酶基因的改良版本轉移到了乙酸甲烷八疊球菌（Methanosarcina acetivorans）中。結果表明，乙酸甲烷八疊球菌在吸食甲醇后，可將4%的碳轉化為異戊二烯呼出，其產量是表現最好的同類細菌的179倍。
那么，改造后的產甲烷菌在沒有標準DMAPP供應的情況下能否正常存活、生長呢？研究小組發(fā)現，其增殖速率與甲烷產量均未受到影響。
事實上，當產甲烷菌呼出異戊二烯時，它的總生物量增加了。研究人員認為，改造后的產甲烷菌將其基因表達和新陳代謝與另一條支持生長的能量路徑進行了重連。
Buan說：“我們將改造后的細菌稱為異戊二烯原，因為它確實是一種新型生物體。據了解，沒有其他生物能通過產生異戊二烯生長?！?/span>
目前，全世界可能只有少數幾個實驗室具備類似的產甲烷菌改造能力，但最近的結果表明，這項工作是值得的?！爱a甲烷菌的工作效果確實很好，而且還很便宜，”Buan表示。
文章來源： 科學大觀園雜志
人們每年要從石油中提煉約80萬噸異戊二烯，大部分用于生產合成橡膠。為了減少我們對化石燃料的依賴，研究人員一直在尋找可再生的化學物質來源，其中包括我們熟悉的酵母、大腸桿菌和藍藻等。然而，用上述微生物生產異戊二烯，不僅需要昂貴的原料，還需耗時耗力建造新設施。
產甲烷菌的生長無需光線和氧氣。它不僅能輕易吞噬生產過程中的廢物（包括廢水），還會自然地將其5%的代謝能量用于構建類異戊二烯（基本成分為異戊二烯的化合物）細胞膜。多年來，Buan一直試圖在產甲烷菌將類異戊二烯整合到細胞膜之前，從中提取類異戊二烯。獲得資助后，Buan便馬不停蹄地開展了這次研究。
研究始于一種可將10%碳轉化為異戊二烯的楊樹基因。這種基因可指導異戊二烯合成酶的形成，而異戊二烯合成酶會作用于二甲基烯丙基焦磷酸鹽（DMAPP）。DMAPP由一個異戊二烯分子和一個焦磷酸分子組成，通常會成為產甲烷菌細胞膜的一部分。在此之前，異戊二烯合成酶將切斷焦磷酸分子，進而讓微小的異戊二烯分子以氣體形式自由地通過細胞膜逸出。
在新研究中，Buan將異戊二烯合成酶基因的改良版本轉移到了乙酸甲烷八疊球菌（Methanosarcina acetivorans）中。結果表明，乙酸甲烷八疊球菌在吸食甲醇后，可將4%的碳轉化為異戊二烯呼出，其產量是表現最好的同類細菌的179倍。
那么，改造后的產甲烷菌在沒有標準DMAPP供應的情況下能否正常存活、生長呢？研究小組發(fā)現，其增殖速率與甲烷產量均未受到影響。
事實上，當產甲烷菌呼出異戊二烯時，它的總生物量增加了。研究人員認為，改造后的產甲烷菌將其基因表達和新陳代謝與另一條支持生長的能量路徑進行了重連。
Buan說：“我們將改造后的細菌稱為異戊二烯原，因為它確實是一種新型生物體。據了解，沒有其他生物能通過產生異戊二烯生長?！?/span>
目前，全世界可能只有少數幾個實驗室具備類似的產甲烷菌改造能力，但最近的結果表明，這項工作是值得的?！爱a甲烷菌的工作效果確實很好，而且還很便宜，”Buan表示。
文章來源： 科學大觀園雜志
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