科学家们复制大自然的把戏来可持续地制造化学物质和燃料

时间:2020-01-19 18:11 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

科学家们复制大自然的把戏来可持续地制造化学物质和燃料

研究人员复制了生物体在不伤害自身的情况下产生有毒化学物质的方式,为更环保的化学品和燃料生产铺平了道路。

这项由伦敦帝国理工学院的科学家们首创的新技术可以减少使用化石燃料来制造化学品、塑料、纤维和燃料的需求。

目前,许多有用的化学物质都是从化石燃料中生产出来的,而化石燃料需要开采,而且供应有限,破坏了碳循环。另一种方法是改造像大肠杆菌和蓝藻这样的微生物,使它们更可持续地直接从大气中的二氧化碳中产生化学物质。

“我们研究了自然已经在做的事情,为了它自己的利益,并把这个想法应用到生物技术上,为了我们自己的利益。”本;帕特里克?琼斯博士

然而,许多可以通过这种方式生产的化学物质对微生物是有毒的,降低了它们以一种经济有效的方式大量生产的能力。

现在,通过复制自然生物处理自身有毒化学物质的方式,研究人员已经证明,细菌可以在不伤害生长的情况下产生化学物质。

为了我们的利益复制自然

这一概念可用于生产有用的化学品、塑料甚至燃料,从而进一步减少对化石燃料的需求,并有助于将气候变化最小化。这项新技术和概念的首次证明今天发表在《美国国家科学院院刊》上。

来自帝国理工学院生命科学系的首席研究员帕特里克·琼斯博士说:“为了大自然自身的利益,我们研究了大自然已经在做的事情,并将这一想法应用到生物技术中。”

像植物和酵母这样的生物体有时会产生对它们有毒的化学物质,所以为了安全储存它们,它们会对化学物质进行小的修改,使它们变得无害。由此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还原为原始的有毒形式。

研究小组采用了这一想法,利用基因工程对大肠杆菌和蓝藻细菌进行编程,使它们产生1-辛醇,这种化学物质目前用于香水中,对细菌是有毒的。然后他们给细菌添加了一套额外的指令,这样它们就会产生两种不同的1-辛醇衍生物,这两种衍生物的危害都更小。

扩大流程

研究人员说,如果将这种方法扩大到工业系统中,工程菌将产生无毒的1-辛醇衍生物,然后将其回收并通过化学反应重新转化为1-辛醇,以备使用。

研究小组发现他们的系统在不影响细菌生长的情况下产生了1-辛醇。他们还发现,与没有衍生化步骤的系统相比,该系统产生了更多的1-辛醇,他们认为这与该衍生物不仅毒性更小,而且更容易溶于周围的水或溶剂有关。

琼斯博士说:“一种可溶性更强的化学物质可能会更快地离开细胞,在那里它不太可能干扰细菌的任何过程。”

现在这个团队已经展示了利用程序化微生物创造衍生物的概念,他们想要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。

这将有助于他们改进这一过程,并有可能将其扩大到工业环境中使用。

参考文献:“生物衍生化作为有毒或难溶于液相的可再生化学品生产的概念”作者:Pachara Sattayawat、Ian Sofian Yunus和Patrik R. Jones,《美国国家科学院院刊》。

DOI: 10.1073 / pnas.1914069117

这项研究由欧盟的“地平线2020”计划资助。

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