科学家迫使细菌进化得更擅长分解木糖,提升生物燃料制取效率

新华社

2017-07-03 16:47

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用秸秆之类的农林业废弃物生产生物燃料堪称一举两得,但生产效率尚需提高。科学家求助于大自然的进化规则,让细菌在生存竞争中变得更擅长分解木糖,从而提升生物燃料制取效率。
美国亚利桑那州立大学日前发布新闻公报说,这所大学一个研究小组让大肠杆菌生活在特殊环境中,迫使它们发酵分解木糖才能生存。繁殖150多代之后,基因突变使这些细菌分解木糖的效率提高。将突变基因移植给用于发酵的菌种后,分解效率显著上升。
木糖是含有5个碳原子的糖,广泛存在于植物中,秸秆、稻壳、木屑、枯草等都含有大量木糖。用这些原料生产生物燃料,可以避免以玉米和甘蔗为原料影响粮食生产的问题,还消除了农业垃圾。但是,工业上用于发酵的大肠杆菌会优先利用葡萄糖,只要环境中有葡萄糖在,它们就会关闭分解木糖的功能。
植物原料通常也富含葡萄糖,因此细菌分解木糖的动力和效率不足。研究小组把大肠杆菌放在只含木糖的培养基中,不擅长分解木糖的细菌会在生存竞争中落败。细菌起初生长得非常缓慢,但经过150多代的进化,它们适应了新环境,欣欣向荣地生长起来。
分析显示,3组这样培养的大肠杆菌针对同一批基因各自进行了不同的改造,都获得了成功。其中最引人注目的改造涉及一种名叫XlyR的调控蛋白质,仅仅两个氨基酸开关的调整,就能使细菌高效分解木糖,抑制对葡萄糖的利用。研究人员把这个变异基因移植到工业用的大肠杆菌中,发酵4天后,产量增幅最多达到50%。
研究人员说,这一发现突破了生物燃料生产领域的一个重大瓶颈。他们希望与工业机构合作进行大规模应用试验,验证经济可行性。
(原标题:科学家巧用进化策略提高生物燃料生产效率)
责任编辑:虞涵棋澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
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