眾所周知，細菌可以分解乳糖制造酸奶，可以分解糖來制造啤酒。現(xiàn)在，由美國西北大學和碳回收技術(shù)公司LanzaTech領(lǐng)導的研究人員開始利用細菌分解廢棄的二氧化碳(CO2)來制造有價值的工業(yè)化學品。
在一項新研究中，研究人員選擇、設(shè)計和優(yōu)化了一種細菌菌株，然后成功地證明了其將二氧化碳轉(zhuǎn)化為丙酮和異丙醇(IPA)的能力。這項研究成果已于近期發(fā)表在了《自然生物技術(shù)》雜志上。
據(jù)悉，這種新的發(fā)酵過程不僅可以去除大氣中的溫室氣體，還可以避免使用化石燃料，而化石燃料通常是生產(chǎn)丙酮和異丙醇所需的。在進行生命周期分析后，該團隊發(fā)現(xiàn)，如果廣泛采用，與傳統(tǒng)工藝相比，這種減碳平臺可以減少160%的溫室氣體排放。
“不斷加劇的氣候危機，加上人口的快速增長，給人類帶來了一些最緊迫的挑戰(zhàn)，所有這些都與整個生物圈中CO2的不斷釋放和積累有關(guān)，”西北大學的邁克爾·朱伊特(Michael Jewett)表示，他是這項研究的聯(lián)合資深作者。
“通過利用我們的能力，在可持續(xù)和可再生的基礎(chǔ)上，與生物學合作，制造需要的東西，在需要的地方和時間，我們可以開始利用現(xiàn)有的二氧化碳來改變生物經(jīng)濟。”他補充說。
必要工業(yè)化學品，例如丙酮和IPA，幾乎隨處可見，其全球市場總額高達100億美元。IPA被廣泛用作消毒劑和防腐劑，是世界衛(wèi)生組織推薦的兩種消毒劑配方之一的基礎(chǔ)，對殺死SARS-CoV-2病毒非常有效。而丙酮則是許多塑料和合成纖維的溶劑，可稀釋聚酯樹脂、清潔工具和指甲油去除劑。
雖然這些化學物質(zhì)非常有用，但它們是從化石資源中產(chǎn)生的，會導致氣候變暖的二氧化碳排放。為了更可持續(xù)地生產(chǎn)這些化學品，研究人員開發(fā)了一種新的氣體發(fā)酵工藝。他們從LanzaTech設(shè)計的一種厭氧菌(Clostridium autoethanogenum)開始研究。然后，研究人員使用合成生物學工具對細菌進行重新編程，使其發(fā)酵二氧化碳，生成丙酮和異丙醇(IPA)。
Jewett說，“這些創(chuàng)新，在指導菌種工程和優(yōu)化途徑酶的無細胞戰(zhàn)略的引導下，將生產(chǎn)時間加快了一年多。”西北大學和LanzaTech團隊相信，開發(fā)的菌株和發(fā)酵工藝將轉(zhuǎn)化為工業(yè)規(guī)模。這種方法也可以應(yīng)用于制造其他有價值的化學物質(zhì)的簡化過程。
LanzaTech首席執(zhí)行官Jennifer Holmgren說，“這一發(fā)現(xiàn)是避免氣候災(zāi)難的重要一步。今天，我們的大多數(shù)商品化學品完全來自化石資源，如石油、天然氣或煤炭，丙酮和IPA就是兩個例子，它們的全球總市場價值達100億美元。通過關(guān)閉碳循環(huán)，丙酮和IPA途徑將加速其他新產(chǎn)品的開發(fā)，使其在多個行業(yè)的使用。”
