美國(guó)科學(xué)家們使用合成生物學(xué)方法，修改了大腸桿菌和一個(gè)釀酒酵母的菌株，制造出了沒(méi)藥烷的前體物沒(méi)藥烯。測(cè)試表明，對(duì)沒(méi)藥烯進(jìn)行加氫反應(yīng)生成的沒(méi)藥烷是一種“綠色”的生物燃料，有潛力替代D2柴油。
“這是科學(xué)家們首次報(bào)告稱(chēng)沒(méi)藥烷可替代D2柴油，也是首次報(bào)告稱(chēng)可通過(guò)大腸桿菌和釀酒酵母生產(chǎn)出沒(méi)藥烷。”該研究的主要作者、美國(guó)能源部下屬的聯(lián)合生物能源研究所（JBEI）代謝工程（通過(guò)基因工程方法改變細(xì)胞的代謝途徑）項(xiàng)目主管李淳太（音譯，TaekSoonLee）說(shuō)。
與日俱增的燃料成本以及對(duì)燃燒化石燃料會(huì)加劇全球變暖趨勢(shì)的擔(dān)憂等，驅(qū)使科學(xué)家想盡一切辦法尋找碳中和的可再生能源。從多年生牧草和其他非食品植物以及農(nóng)業(yè)廢物的纖維素生物質(zhì)中提取出的液態(tài)生物燃料一直被認(rèn)為有潛力替代汽油、柴油和航空煤油。
不過(guò)，現(xiàn)有占主流的生物燃料乙醇只能有限地用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，而無(wú)法用于柴油機(jī)或航空噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)；另外，乙醇也會(huì)腐蝕石油管道和油罐，人們急需可與現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)、運(yùn)輸和存儲(chǔ)設(shè)備兼容的高級(jí)生物燃料。
聯(lián)合生物能源研究所是美國(guó)能源部于2007年建立的三個(gè)生物能源研究中心之一，他們正在加緊研制從國(guó)家層面來(lái)講性?xún)r(jià)比高的生物燃料。其中一個(gè)研究對(duì)象是擁有15個(gè)碳原子（柴油燃料一般有10到24個(gè)碳原子）的倍半萜烯。
該研究的合作者、聯(lián)合生物能源研究所所長(zhǎng)杰·基斯林（JayKeasling）表示：“倍半萜烯的能源含量特別高，其物理化學(xué)性質(zhì)也與柴油和航空燃油一樣，盡管植物是其天然來(lái)源，但對(duì)細(xì)菌進(jìn)行轉(zhuǎn)基因修改是最方便且性?xún)r(jià)比最高的大規(guī)模制造高級(jí)生物燃料的方法。”
在此前的研究中，李淳太團(tuán)隊(duì)對(duì)大腸桿菌和釀酒酵母的一個(gè)新的甲羥戊酸途徑（對(duì)生物合成至關(guān)重要的代謝反應(yīng)）進(jìn)行了基因修改，使這兩個(gè)微生物過(guò)度生產(chǎn)出了化學(xué)物質(zhì)尼基二磷酸（FPP），使用酶可將其合成為理想的萜烯。在最新研究中，李淳太和同事使用該甲羥戊酸途徑制造出了沒(méi)藥烷（萜烯類(lèi)化合物家族的一員）的前體物沒(méi)藥烯，并通過(guò)加氫反應(yīng)制造出沒(méi)藥烷。
科學(xué)家們對(duì)沒(méi)藥烷進(jìn)行的燃料性能方面的測(cè)試表明，其擁有作為生物燃料的潛能。李淳太說(shuō)：“沒(méi)藥烷和D2柴油的性能幾乎一樣，但其有分叉的環(huán)式化學(xué)結(jié)構(gòu)，這使其凝固點(diǎn)和濁點(diǎn)更低，作為生物燃料使用，這是一大優(yōu)勢(shì)。我們可設(shè)計(jì)一個(gè)甲羥戊酸途徑來(lái)產(chǎn)生沒(méi)藥烯，該平臺(tái)幾乎與制造防蚊蟲(chóng)藥物青蒿素的平臺(tái)一樣，我們唯一需要做的修改是引入一個(gè)烯萜類(lèi)合成酶并對(duì)該途徑進(jìn)行進(jìn)一步修改以提高大腸桿菌和釀酒酵母產(chǎn)生沒(méi)藥烯的數(shù)量。”
李淳太團(tuán)隊(duì)想將烯屬烴還原酶編入大腸桿菌和釀酒酵母體內(nèi)，以取代沒(méi)藥烯加氫反應(yīng)的化學(xué)處理步驟，使所有化學(xué)反應(yīng)都在微生物體內(nèi)進(jìn)行。他說(shuō)：“這類(lèi)用酶促進(jìn)的加氫反應(yīng)極具挑戰(zhàn)性，也是我們的長(zhǎng)期目標(biāo)。我們也將研究使用生物質(zhì)中提取出來(lái)的糖作為碳源生產(chǎn)沒(méi)藥烯的可行性。”
這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然·通訊》（NatureCommunications）雜志上。
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