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科學(xué)家在一項新的研究中報告稱，通過給轉(zhuǎn)基因大腸桿菌喂食葡萄糖，然后幫助把它變成汽油中的分子。這聽起來像是現(xiàn)代的“煉金術(shù)”：將糖轉(zhuǎn)化為汽油中的碳?xì)浠衔?。但這正是科學(xué)家所做的。
在《自然-化學(xué)》雜志的一項研究中，研究人員報告了利用生物學(xué)和化學(xué)的奇跡將葡萄糖(一種糖)變成烯烴(一種碳?xì)浠衔铮菢?gòu)成汽油的幾種分子之一)。
該項目由紐約州立大學(xué)布法羅分校的生物化學(xué)家王真和加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的Michelle C. Y. Chang領(lǐng)導(dǎo)。
該論文于2021年11月22日發(fā)表，標(biāo)志著創(chuàng)造可持續(xù)生物燃料的努力取得了進(jìn)展。
王真說，烯烴在目前生產(chǎn)的汽油分子中只占很小的比例，但該團(tuán)隊開發(fā)的工藝很可能在未來被調(diào)整，以生成其他類型的碳?xì)浠衔?，包括汽油的一些其他成分。她還指出，烯烴具有非燃料用途，因為它們被用于工業(yè)潤滑油和作為制造塑料的前體。
為了完成這項研究，研究人員首先將葡萄糖喂給不會對人類健康構(gòu)成威脅的大腸桿菌菌株。“這些微生物是糖癮者，甚至比我們的孩子更糟糕，”王真開玩笑說。
實驗中的大腸桿菌經(jīng)過基因工程改造，能夠產(chǎn)生一套四種酶，將葡萄糖轉(zhuǎn)化為稱為3-羥基脂肪酸的化合物。當(dāng)這些細(xì)菌消耗葡萄糖時，它們也開始制造脂肪酸。
為了完成轉(zhuǎn)化，研究小組使用一種叫做五氧化二鈮(Nb2O5)的催化劑，在一個化學(xué)過程中去掉脂肪酸中不需要的部分，產(chǎn)生最終產(chǎn)品：烯烴。
科學(xué)家們通過試驗和錯誤確定了酶和催化劑，測試了具有適合手頭任務(wù)的特性的不同分子。
研究人員說：“我們把生物學(xué)能做的最好的東西和化學(xué)能做的最好的東西結(jié)合起來，我們把它們放在一起，創(chuàng)造了這個兩步的過程。使用這種方法，我們能夠直接從葡萄糖中制造烯烴。”
"從葡萄糖這樣的可再生資源中制造生物燃料，對推進(jìn)綠色能源技術(shù)有很大的潛力，"王真說。
"葡萄糖是由植物通過光合作用產(chǎn)生的，光合作用將二氧化碳和水變成氧氣和糖。因此，葡萄糖中的碳--以及后來的烯烴--實際上是來自于從大氣中抽出的二氧化碳，"王真解釋說。
然而，還需要更多的研究來了解這種新方法的好處，以及它是否可以有效地擴(kuò)大規(guī)模，用于制造生物燃料或其他用途。首先需要回答的一個問題是生產(chǎn)烯烴的過程消耗多少能源；如果能源成本太高，該技術(shù)將需要進(jìn)行優(yōu)化，以便在工業(yè)規(guī)模上實用。
科學(xué)家們還對提高產(chǎn)量感興趣。王真說，目前，需要100個葡萄糖分子才能產(chǎn)生大約8個烯烴分子。她希望改善這一比例，重點(diǎn)是“哄騙”大腸桿菌，使其為每克葡萄糖生產(chǎn)更多的3-羥基脂肪酸。
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