研究人員在細菌中發現了一種新的途徑，有可能使各種行業脫碳。這一突破可以大大減少燃料、藥物和化學品生產過程中產生的溫室氣體的排放。勞倫斯伯克利國家實驗室和加州大學伯克利分校之間的合作研究工作已經催生了能夠產生獨特的碳基產品的細菌工程。這一突破可能為生產可持續的生物化學製品開闢了一條有希望的道路。

在能源部聯合生物能源研究所的實驗中，研究人員觀察了一株工程化的鏈黴菌，因為它生產環丙烷，這種高能分子有可能被用於新型生物活性化合物和先進生物燃料的可持續生產。資料來源：Jing Huang/伯克利實驗室

最近發表在《自然》雜誌上的這一發現，利用細菌將天然的酶促反應與一種被稱為”碳烯轉移反應”的新型反應相結合。這項研究有可能通過為通常依賴化石燃料的傳統化學製造方法提供可持續的替代方案來減輕工業排放。

“我們在這篇論文中所展示的是，我們可以在細菌細胞內合成這個反應中的一切–從天然酶到碳烯。”該研究的主要研究者、能源部聯合生物能源研究所（JBEI）的首席執行官Jay Keasling說：”需要添加的只是糖，其餘的由細胞完成。”

烯烴是高度反應性的碳基化學品，可用於許多不同類型的反應。幾十年來，科學家們一直希望將碳烯反應用於燃料和化學品的製造，以及藥物的發現和合成。

但是這些碳烯過程只能通過試管小批量進行，並且需要昂貴的化學物質來驅動反應。

在新的研究中，研究人員用天然產品取代了昂貴的化學反應物，這些天然產品可以由鏈黴菌的一個工程菌株生產。第一作者、伯克利實驗室Keasling實驗室的博士後研究員Jing Huang說：”因為細菌通過細胞代謝使用糖來生產化學產品，這項工作使我們能夠在沒有通常用於化學合成的有毒溶劑或有毒氣體的情況下進行卡賓化學。這種生物過程比今天合成化學品的方式更環保。”

在JBEI的實驗中，研究人員觀察了工程細菌的新陳代謝，並將醣類轉化為碳烯前體和烯類底物。該細菌還表達了一種進化的P450酶，該酶利用這些化學物質生產環丙烷，這些高能分子有可能被用於新型生物活性化合物和先進生物燃料的可持續生產。”我們現在可以在細菌細胞內進行這些有趣的反應。細胞產生所有的試劑和輔助因子，這意味著你可以將這一反應擴展到非常大的規模以用於大規模生產，”Keasling說。

Huang說，培育細菌來合成化學品也可以在減少碳排放方面發揮不可或缺的作用。據伯克利實驗室的其他研究人員稱，近50%的溫室氣體排放來自化學品、鋼鐵和水泥的生產。政府間氣候變化專門委員會最近的一份報告說，將全球變暖限制在比工業化前水平高1.5攝氏度，將需要在2030年前將溫室氣體排放嚴格削減一半。雖然這種完全集成的系統可以設想用於大量的碳烯供體分子和烯烴底物，但它還沒有準備好進行商業化。

“對於每一個新的進展，都需要有人邁出第一步。而在科學領域，可能需要多年才能成功。但是你必須繼續嘗試- 我們不能放棄。我希望我們的工作將激勵其他人繼續尋找更綠色、可持續的生物製造解決方案，”黃說。