工程细菌将捕获的二氧化碳转化为用于燃料、织物和化妆品所需有价值的化学品
合成生物学家已经设计出将碳废物转化为有价值的化学物质的细菌。负碳方法有助于实现净零排放经济。来源：贾斯汀缪尔
工程细菌将碳废料升级为有价值的化学品
众所周知，细菌会分解乳糖来制造酸奶和糖来制造啤酒。现在，由西北大学和 LanzaTech 领导的研究人员已经利用细菌分解废弃的二氧化碳 (CO 2 ) 来制造有价值的工业化学品。
在一项新的试点研究中，研究人员选择、设计和优化了一种细菌菌株，然后成功证明了其将 CO 2转化为丙酮和异丙醇 (IPA) 的能力。
这种新的气体发酵过程不仅可以从大气中去除温室气体，还可以避免使用化石燃料，而化石燃料通常是生成丙酮和 IPA 所必需的。在进行生命周期分析后，该团队发现，如果广泛采用，与传统工艺相比，负碳平台可以减少 160% 的温室气体排放。
该研究将于今天（2022 年 2 月 21 日）发表在《自然生物技术》杂志上。
“气候危机的加速，加上人口的快速增长，对人类构成了一些最紧迫的挑战，所有这些都与整个生物圈中 CO 2的不断释放和积累有关，”西北大学的 Michael Jewett 说，他是该杂志的共同高级作者。学习。“通过利用我们与生物学合作的能力，在可持续和可再生的基础上，在需要的时间和地点制造所需的东西，我们可以开始利用可用的 CO 2来改变生物经济。”
Jewett 是西北大学麦考密克工程学院的 Walter P. Murphy 化学和生物工程教授，也是合成生物学中心的主任。他与 LanzaTech 的研究人员 Michael Koepke 和 Ching Leang 共同领导了这项研究。
必要的工业散装和平台化学品、丙酮和 IPA 几乎随处可见，全球市场总和超过 100 亿美元。IPA 广泛用作消毒剂和防腐剂，是世界卫生组织推荐的两种消毒剂配方之一的基础，可高效杀死SARS-CoV-2病毒。丙酮是许多塑料和合成纤维、稀释聚酯树脂、清洁工具和指甲油去除剂的溶剂。
虽然这些化学物质非常有用，但它们是由化石资源产生的，会导致气候变暖的 CO 2排放。
为了更可持续地制造这些化学品，研究人员开发了一种新的气体发酵工艺。他们从自产乙醇梭菌开始，这是一种由 LanzaTech 设计的厌氧细菌。然后，研究人员使用合成生物学工具对细菌进行重新编程以发酵 CO 2以制造丙酮和 IPA。
“这些创新由引导菌株工程和途径酶优化的无细胞策略引领，将生产时间缩短了一年多，”Jewett 说。
Northwestern 和 LanzaTech 团队相信开发的菌株和发酵过程将转化为工业规模。该方法还可能用于创建生产其他有价值化学品的简化流程。
“这一发现是在避免气候灾难方面向前迈出的重要一步，”LanzaTech 首席执行官 Jennifer Holmgren 说。“今天，我们的大部分商品化学品都完全来自石油、天然气或煤炭等新的化石资源。丙酮和 IPA 是两个例子，全球市场合计达 100 亿美元。开发的丙酮和 IPA 途径将通过关闭碳循环来加速其他新产品的开发，以便它们在多个行业中使用。”
参考文献：
Fungmin Eric Liew、Robert Nogle、Tanus Abdalla、Blake J. Rasor、Christina Canter、Rasmus O. Jensen、Lan Wang、Jonathan Strutz、Payal 的“通过气体发酵生产丙酮和异丙醇的负碳、规模化生产” Chirania, Sashini De Tissera, Alexander P. Mueller, 阮振华, Allan Gao, Loan Tran, Nancy L. Engle, Jason C. Bromley, James Daniell, Robert Conrado, Timothy J. Tschaplinski, Richard J. Giannone, Robert L. Hettich , Ashty S. Karim, Séan D. Simpson, Steven D. Brown, Ching Leang, Michael C. Jewett 和 Michael Köpke，2022 年 2 月 21 日，Nature Biotechnology。
DOI：10.1038/s41587-021-01195-w
Jewett 是生命过程化学研究所、Simpson Querrey 生物纳米技术研究所和西北大学 Robert H. Lurie 综合癌症中心的成员。
这项名为“通过气体发酵生产丙酮和异丙醇的负碳、规模化生产”的研究得到了美国能源部 (DOE) 生物能源技术办公室的支持（奖励编号 DE-EE0007566 和 CRADA/NFE-16-06364） 、美国能源部科学办公室、生物和环境研究部、基因组科学计划（奖励编号 DE-SC0018249 和 FWP ERKP903）、大卫和露西尔帕卡德基金会和卡米尔德雷福斯教师学者计划。