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 (CO2) 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 CO2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 CO2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 CO2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 CO2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 CO2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：“通过气体发酵进行的丙酮和异丙醇的负碳、规模化生产”，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、扩大生产”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。
