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krisjiang

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[交流] 【推荐】Science：改造大肠杆菌生物燃料生产将提速

链烷烃是汽油、柴油的主要成分，许多生物都可自行产生。日前，美国研究人员通过基因工程方法对大肠杆菌进行了改造，可使其免去产生生物燃料的中间步骤，直接使用简单的糖或者杂草生成链烷烃。相关研究发表在最新一期美国《科学》杂志（Science）上。

尽管许多由农作物和脂肪酸制造的生物柴油都能直接“喂进”汽车的发动机，但其并不适合目前的炼油厂和输油管道。美国旧金山LS9生物技术公司的斯蒂芬·得勒·卡达耶表示，使用目前的燃料基础设施制造生物燃料，需要进行成本非常高的化学转化过程。

诸如蓝细菌等生物体或可成为解决问题的“钥匙”。几年前，人们发现有几种蓝细菌能自然产生链烷烃，因此，这些蓝细菌也有潜力通过光合作用来获得生物燃料。得勒·卡达耶表示，如果人们能够找到为这种转化过程负责的基因，人们就能够操控这种细菌，让其大规模生产链烷烃。

最近，安德鲁斯·希尔默领导的研究团队将不同菌株的10种蓝细菌（这些蓝细菌均能产生链烷烃）与一种不能产生链烷烃的蓝细菌进行了比较。当该研究团队从能产生链烷烃的蓝细菌基因组中剔除掉不能产生链烷烃蓝细菌的基因组后，发现了仅在产生链烷烃的蓝细菌中存在的17个基因。

科学家虽已了解了其中一些基因的功能，但还并不清楚它们在产生链烷烃过程中所起的作用。于是，该团队将这些基因插入一个新的大肠杆菌宿主体内，容易在实验室培植的大肠杆菌很适合工业化生产，它合成脂肪酸的天然能力也会在生物燃料的生产中得到应用。研究人员发现，经过重新编程的大肠杆菌开始制造产生链烷烃的酶。

希尔默表示，该实验表明在工业化生产过程中，可通过非常简单的一步法获得链烷烃，进去的是糖等“饲料”，产出的是汽车可直接使用的燃料。到目前为止，研究人员使用一个1000升的示范发酵罐，获得了10升链烷烃。研究人员希望利用这种方法，在几年之内，建立更大的示范工厂，以实现链烷烃的大规模生产。
原文出处：

Science DOI: 10.1126/science.1187936

Microbial Biosynthesis of Alkanes
Andreas Schirmer,* Mathew A. Rude, Xuezhi Li, Emanuela Popova, Stephen B. del Cardayre

Alkanes, the major constituents of gasoline, diesel, and jet fuel, are naturally produced by diverse species; however, the genetics and biochemistry behind this biology have remained elusive. Here we describe the discovery of an alkane biosynthesis pathway from cyanobacteria. The pathway consists of an acyl–acyl carrier protein reductase and an aldehyde decarbonylase, which together convert intermediates of fatty acid metabolism to alkanes and alkenes. The aldehyde decarbonylase is related to the broadly functional nonheme diiron enzymes. Heterologous expression of the alkane operon in Escherichia coli leads to the production and secretion of C13 to C17 mixtures of alkanes and alkenes. These genes and enzymes can now be leveraged for the simple and direct conversion of renewable raw materials to fungible hydrocarbon fuels.

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