科学家模仿大自然的诀窍可持续生产化学物质和燃料

带有（左）和没有（右）生物衍生化步骤的细菌生产化学品。通过生物衍生作用，细菌变得更健康（绿色）。

研究人员复制了生物体生产有毒化学物质而不损害自身的方式，为绿色化学物质和燃料生产铺平了道路。

由伦敦帝国理工学院的科学家首创的这项新技术可以减少使用化石燃料生产化学药品，塑料，纤维和燃料的需求。

当前，许多有用的化学物质是由化石燃料生产的，需要开采，供应有限，并且破坏了碳循环。一种替代方法是工程改造诸如大肠杆菌（E. coli）和蓝细菌的微生物，以更可持续地直接从大气二氧化碳中生产化学品。

“为了自己的利益，我们研究了自然已经做了什么，为了我们的利益，将该思想应用于生物技术。”—帕特里克·琼斯博士

但是，可以通过这种方式生产的许多化学药品对微生物有毒，从而降低了其以经济有效的方式进行大量生产的能力。

现在，通过复制自然生物处理其自身有毒化学物质的方式，研究人员已经表明，可以对细菌进行编程以生产化学物质，同时又不损害其生长。

该概念可用于生产有用的化学药品，塑料甚至燃料，从而可以进一步减少对化石燃料的需求，并最大程度地减少气候变化。这项新技术和首次概念验证已于2020年1月8日在美国国家科学院院刊上发表。

帝国理工大学生命科学系首席研究员Patrik Jones博士说：“为了自己的利益，我们研究了自然已经做了什么，为了我们的利益，将该思想应用于生物技术。”

诸如植物和酵母之类的生物有时会产生对它们有毒的化学物质，因此为了安全地存储它们，它们会对化学物质进行微小的改动以使其无害。产生的化学物质被称为“衍生物”，可以通过相对简单的化学反应恢复为原始的有毒形式。

研究小组采用了这个想法，并利用基因工程技术对大肠杆菌和蓝细菌进行了编程，以制备1-辛醇（一种目前用于香水中的化学品），该化学品对细菌有毒。然后，他们向细菌添加了另一套说明，这样它们将产生两种危害较小的1-辛醇衍生物。

研究人员说，如果将其扩大到工业系统中，工程菌将产生1-辛醇的无毒衍生物，然后将其回收并化学转化回1-辛醇，以备使用。

研究小组发现他们的系统产生了1-辛醇，而不会影响细菌的生长。他们还发现该系统比没有衍生化步骤的系统产生的1-辛醇更多，他们认为这与以下事实有关：该衍生物不仅毒性较低，而且更易溶于周围的水或溶剂中。

琼斯博士说：“溶解性更强的化学物质可能会更快地从细胞中移出，在这种情况下，它不太可能干扰任何细菌的过程。”

现在，该团队已经展示了使用程序化微生物创建衍生物的概念，他们希望建立一个完整的系统，从衍生物的生产到所需化学物质的回收。

这将帮助他们优化流程，并有可能扩大规模以用于工业环境。

参考：Pachara Sattayawat，Ian Sofian Yunus和Patrik R.Jones于2020年1月8日在美国国家科学院院刊上发表的论文“生物衍生化是一种可再生生产的有毒或难溶于液相化学药品的概念”。
10.1073 / pnas.1914069117

这项研究是由欧盟的“地平线2020”计划资助的。