據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國科學(xué)家們使用合成生物學(xué)方法，修改了大腸桿菌和一個釀酒酵母的菌株，制造出了沒藥烷的前體物沒藥烯。測試表明，對沒藥烯進(jìn)行加氫反應(yīng)生成的沒藥烷是一種“綠色”的生物燃料，有潛力替代D2柴油。研究發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。

    “這是科學(xué)家們首次報告稱沒藥烷可替代D2柴油，也是首次報告稱可通過大腸桿菌和釀酒酵母生產(chǎn)出沒藥烷。”該研究的主要作者、美國能源部下屬的聯(lián)合生物能源研究所（JBEI）代謝工程（通過基因工程方法改變細(xì)胞的代謝途徑）項目主管李淳太（音譯）說。

    與日俱增的燃料成本以及對燃燒化石燃料會加劇全球變暖趨勢的擔(dān)憂等，驅(qū)使科學(xué)家想盡一切辦法尋找碳中和的可再生能源。從多年生牧草和其他非食品植物以及農(nóng)業(yè)廢物的纖維素生物質(zhì)中提取出的液態(tài)生物燃料一直被認(rèn)為有潛力替代汽油、柴油和航空煤油。

    不過，現(xiàn)有占主流的生物燃料乙醇只能有限地用于汽油發(fā)動機(jī)中，而無法用于柴油機(jī)或航空噴氣式發(fā)動機(jī)內(nèi)；另外，乙醇也會腐蝕石油管道和油罐，人們急需可與現(xiàn)有發(fā)動機(jī)、運(yùn)輸和存儲設(shè)備兼容的高級生物燃料。

    聯(lián)合生物能源研究所是美國能源部于2007年建立的三個生物能源研究中心之一，他們正在加緊研制從國家層面來講性價比高的生物燃料。其中一個研究對象是擁有15個碳原子（柴油燃料一般有10到24個碳原子）的倍半萜烯。

    該研究的合作者、聯(lián)合生物能源研究所所長杰伊·科斯林表示：“倍半萜烯的能源含量特別高，其物理化學(xué)性質(zhì)也與柴油和航空燃油一樣，盡管植物是其天然來源，但對細(xì)菌進(jìn)行轉(zhuǎn)基因修改是最方便且性價比最高的大規(guī)模制造高級生物燃料的方法。”

    在此前的研究中，李淳太團(tuán)隊對大腸桿菌和釀酒酵母的一個新的甲羥戊酸途徑（對生物合成至關(guān)重要的代謝反應(yīng)）進(jìn)行了基因修改，使這兩個微生物過度生產(chǎn)出了化學(xué)物質(zhì)尼基二磷酸（FPP），使用酶可將其合成為理想的萜烯。在最新研究中，李淳太和同事使用該甲羥戊酸途徑制造出了沒藥烷（萜烯類化合物家族的一員）的前體物沒藥烯，并通過加氫反應(yīng)制造出沒藥烷。

    科學(xué)家們對沒藥烷進(jìn)行的燃料性能方面的測試表明，其擁有作為生物燃料的潛能。李淳太說：“沒藥烷和D2柴油的性能幾乎一樣，但其有分叉的環(huán)式化學(xué)結(jié)構(gòu)，這使其凝固點(diǎn)和濁點(diǎn)更低，作為生物燃料使用，這是一大優(yōu)勢。我們可設(shè)計一個甲羥戊酸途徑來產(chǎn)生沒藥烯，該平臺幾乎與制造防蚊蟲藥物青蒿素的平臺一樣，我們唯一需要做的修改是引入一個烯萜類合成酶并對該途徑進(jìn)行進(jìn)一步修改以提高大腸桿菌和釀酒酵母產(chǎn)生沒藥烯的數(shù)量。”

    李淳太團(tuán)隊想將烯屬烴還原酶編入大腸桿菌和釀酒酵母體內(nèi)，以取代沒藥烯加氫反應(yīng)的化學(xué)處理步驟，使所有化學(xué)反應(yīng)都在微生物體內(nèi)進(jìn)行。他說：“這類用酶促進(jìn)的加氫反應(yīng)極具挑戰(zhàn)性，也是我們的長期目標(biāo)。我們也將研究使用生物質(zhì)中提取出來的糖作為碳源生產(chǎn)沒藥烯的可行性。”