论文部分内容阅读
一种新的细菌可以让纤维素乙醇的生产变得更便宜。
新的转基因细菌可以削减用纤维素生物质——比如玉米秸秆、树叶、柳枝和纸浆——生产乙醇的成本。这种细菌制造乙醇时的温度比使用酵母——它目前被用于把糖发酵成生物燃料的过程——生产时的温度要高。把纤维素分解成能够让细菌发酵的糖不仅仅需要较高的温度，还需要一半数量的昂贵的酶。更重要的是，酵母只能发酵葡萄糖，领导微生物研究发展的达特茅斯学院的工程学教授李林德(Lee Lynd)说：“这种微生物善于利用生物质中所有不同的糖，可以同时、快速地使用它们。”
美国的大多数乙醇是由谷物生产的。但是用谷物制造生物燃料需要大量能量，并与谷物的农业用途产生了冲突。用纤维素植物制造燃料有可能更利于可持续发展。然而。与谷物一乙醇相比，纤维素－乙醇的商业化生产仍然太贵。
把纤维素转变成乙醇包括两个步骤：利用酶把复杂的纤维索分解成简单的糖类。比如葡萄糖，然后用酵母把糖分解成乙醇。这两个步骤都增加了乙醇的成本。1加仑的乙醇使用酶之后可以增产50％。第二个步骤比较昂贵，因为传统的酵母只能发酵葡萄糖，但生物质包含五种不同的糖类，它们连接起来在植物细胞壁形成纤维素和半纤维素(纤维素是葡萄糖分子长链，而半纤维素包含所有的五种糖)。美国农业部农业研究服务中心(USDA’s AgriculturalResearch Service)进行乙醇研究的生化工程师布鲁斯·迪恩说：“为了让其更经济，并获得足够的产量，你真的需要把(所有的)糖转换成乙醇。”
林德想创造一种能完成下列所有事项的微生物：高效分解纤维素和半纤维素，然后发酵所有生成的糖。Mascoma公司的创始人林德在位于马萨诸塞州剑桥的新创公司与同事合作，一起研发制造纤维素乙醇的一个简单的一步式生产工序。在这个相结合的过程中，生物质与微生物的混合物将进入一个罐子，然后就会产生乙醇。
《美国国家科学院院刊》(PNAS)介绍过的新微生物对于这样一个相结合的过程来说是至关重要的一步。这种细菌可以把半纤维素分解成五种组成半纤维素的糖，这些糖可以让细菌进行有效地发酵。为了提高细菌的乙醇产量，林德和他的同事淘汰了会导致形成有机酸的基因。
但是，基因工程菌无法分解纤维素。在其实验室的实验中，林德及其同事需要加入酶把纤维素晶体中的葡萄糖释放出来。不过，细菌有一个优势，因为它们嗜热——也就是说，它们在50～60℃的温度下能自然生长。这比酵母发酵糖时的37℃高出很多，因此细菌需要较少的酶。林德说：“因为酶在高温下会更加活跃，利用这些细菌就意味着你需要添加的酶就少了。”
在实验中，细菌在50℃发酵糖，产生4％的乙醇浓度。林德说：“这是由嗜热细菌生产乙醇的最高浓度。”
美国加州大学伯克利分校化学工程教授哈维·布兰奇说。传统的酵母可以达到较高的乙醇浓度——10％～12％。不过，他表示，新的成果是“概念的一个很好的证明”——用结合的方法制造纤维素乙醇。布兰奇表示，尽管研究人员在实验室中使用了纤维素晶体，但如果微生物用纤维素生物质——比如木屑和柳枝——产生了类似的结果，那将会面临挑战。他说：“如果能够顺利完成，这将是一个重大的进步。”
林德的研究小组还试图用分解纤维素的嗜热细菌增加乙醇的产量。该小组希望它能与擅于分解半纤维素和使用所有糖的细菌协作。这将形成一个一体化的微生物系统，分解生物质并把其所有的糖转换成乙醇。
美国能源部生物与环境研究室(DOE’s Office of Biological andEnvionmental Research)的副主任安娜·帕米萨诺说：“在整个转换过程中从根本上使用一种微生物或微生物群，这将是一项重大的突破。这是真正基本的生物学能够改变平衡并且为商业上可行的纤维素生物燃料帮助铺平道路的方法之一。”
新的转基因细菌可以削减用纤维素生物质——比如玉米秸秆、树叶、柳枝和纸浆——生产乙醇的成本。这种细菌制造乙醇时的温度比使用酵母——它目前被用于把糖发酵成生物燃料的过程——生产时的温度要高。把纤维素分解成能够让细菌发酵的糖不仅仅需要较高的温度，还需要一半数量的昂贵的酶。更重要的是，酵母只能发酵葡萄糖，领导微生物研究发展的达特茅斯学院的工程学教授李林德(Lee Lynd)说：“这种微生物善于利用生物质中所有不同的糖，可以同时、快速地使用它们。”
美国的大多数乙醇是由谷物生产的。但是用谷物制造生物燃料需要大量能量，并与谷物的农业用途产生了冲突。用纤维素植物制造燃料有可能更利于可持续发展。然而。与谷物一乙醇相比，纤维素－乙醇的商业化生产仍然太贵。
把纤维素转变成乙醇包括两个步骤：利用酶把复杂的纤维索分解成简单的糖类。比如葡萄糖，然后用酵母把糖分解成乙醇。这两个步骤都增加了乙醇的成本。1加仑的乙醇使用酶之后可以增产50％。第二个步骤比较昂贵，因为传统的酵母只能发酵葡萄糖，但生物质包含五种不同的糖类，它们连接起来在植物细胞壁形成纤维素和半纤维素(纤维素是葡萄糖分子长链，而半纤维素包含所有的五种糖)。美国农业部农业研究服务中心(USDA’s AgriculturalResearch Service)进行乙醇研究的生化工程师布鲁斯·迪恩说：“为了让其更经济，并获得足够的产量，你真的需要把(所有的)糖转换成乙醇。”
林德想创造一种能完成下列所有事项的微生物：高效分解纤维素和半纤维素，然后发酵所有生成的糖。Mascoma公司的创始人林德在位于马萨诸塞州剑桥的新创公司与同事合作，一起研发制造纤维素乙醇的一个简单的一步式生产工序。在这个相结合的过程中，生物质与微生物的混合物将进入一个罐子，然后就会产生乙醇。
《美国国家科学院院刊》(PNAS)介绍过的新微生物对于这样一个相结合的过程来说是至关重要的一步。这种细菌可以把半纤维素分解成五种组成半纤维素的糖，这些糖可以让细菌进行有效地发酵。为了提高细菌的乙醇产量，林德和他的同事淘汰了会导致形成有机酸的基因。
但是，基因工程菌无法分解纤维素。在其实验室的实验中，林德及其同事需要加入酶把纤维素晶体中的葡萄糖释放出来。不过，细菌有一个优势，因为它们嗜热——也就是说，它们在50～60℃的温度下能自然生长。这比酵母发酵糖时的37℃高出很多，因此细菌需要较少的酶。林德说：“因为酶在高温下会更加活跃，利用这些细菌就意味着你需要添加的酶就少了。”
在实验中，细菌在50℃发酵糖，产生4％的乙醇浓度。林德说：“这是由嗜热细菌生产乙醇的最高浓度。”
美国加州大学伯克利分校化学工程教授哈维·布兰奇说。传统的酵母可以达到较高的乙醇浓度——10％～12％。不过，他表示，新的成果是“概念的一个很好的证明”——用结合的方法制造纤维素乙醇。布兰奇表示，尽管研究人员在实验室中使用了纤维素晶体，但如果微生物用纤维素生物质——比如木屑和柳枝——产生了类似的结果，那将会面临挑战。他说：“如果能够顺利完成，这将是一个重大的进步。”
林德的研究小组还试图用分解纤维素的嗜热细菌增加乙醇的产量。该小组希望它能与擅于分解半纤维素和使用所有糖的细菌协作。这将形成一个一体化的微生物系统，分解生物质并把其所有的糖转换成乙醇。
美国能源部生物与环境研究室(DOE’s Office of Biological andEnvionmental Research)的副主任安娜·帕米萨诺说：“在整个转换过程中从根本上使用一种微生物或微生物群，这将是一项重大的突破。这是真正基本的生物学能够改变平衡并且为商业上可行的纤维素生物燃料帮助铺平道路的方法之一。”