西北大學研究人員通過細菌分解的二氧化碳創造工業化學品

合成生物學家已經設計出將碳廢物轉化為有價值的化學物質的細菌。負碳方法有助于實現凈零排放經濟。來源：賈斯汀繆爾

工程細菌將碳廢料升級為有價值的化學品

眾所周知，細菌會分解乳糖來制造酸奶和糖來制造啤酒。現在，由西北大學和 LanzaTech 領導的研究人員已經利用細菌分解廢棄的二氧化碳 (CO 2 ) 來制造有價值的工業化學品。

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在一項新的試點研究中，研究人員選擇、設計和優化了一種細菌菌株，然后成功地證明了其將 CO 2轉化為丙酮和異丙醇 (IPA) 的能力。

這種新的氣體發酵過程不僅可以從大氣中去除溫室氣體，還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。在進行生命周期分析后，該團隊發現，如果廣泛采用，與傳統工藝相比，負碳平臺可以減少 160% 的溫室氣體排放。

該研究將于2022 年 2 月 21 日發表在《自然生物技術》雜志上。

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“氣候危機的加速，加上人口的快速增長，對人類構成了一些最緊迫的挑戰，所有這些都與整個生物圈中 CO 2的不斷釋放和積累有關，”西北大學的 Michael Jewett 說，他是該雜志的共同高級作者。學習。“通過利用我們與生物學合作的能力，在可持續和可再生的基礎上，在需要的時間和地點制造所需的東西，我們可以開始利用可用的 CO 2來改變生物經濟。”

Jewett 是西北大學麥考密克工程學院的 Walter P. Murphy 化學和生物工程教授，也是合成生物學中心的主任。他與 LanzaTech 的研究人員 Michael Koepke 和 Ching Leang 共同領導了這項研究。

必要的工業散裝和平臺化學品、丙酮和 IPA 幾乎隨處可見，全球市場總和超過 100 億美元。IPA 廣泛用作消毒劑和防腐劑，是世界衛生組織推薦的兩種消毒劑配方之一的基礎，可高效殺死SARS-CoV-2病毒。丙酮是許多塑料和合成纖維、稀釋聚酯樹脂、清潔工具和指甲油去除劑的溶劑。

雖然這些化學物質非常有用，但它們是由化石資源產生的，會導致氣候變暖的 CO 2排放。

為了更可持續地制造這些化學品，研究人員開發了一種新的氣體發酵工藝。他們從自產乙醇梭菌開始，這是一種由 LanzaTech 設計的厭氧細菌。然后，研究人員使用合成生物學工具對細菌進行重新編程以發酵 CO 2以制造丙酮和 IPA。

“這些創新由引導菌株工程和途徑酶優化的無細胞策略引領，將生產時間縮短了一年多，”Jewett 說。

Northwestern 和 LanzaTech 團隊相信開發的菌株和發酵過程將轉化為工業規模。該方法還可能用于創建生產其他有價值化學品的簡化流程。

“這一發現是在避免氣候災難方面向前邁出的重要一步，”LanzaTech 首席執行官 Jennifer Holmgren 說。“今天，我們的大部分商品化學品都完全來自石油、天然氣或煤炭等新的化石資源。丙酮和 IPA 是兩個例子，全球市場合計達 100 億美元。開發的丙酮和 IPA 途徑將通過關閉碳循環來加速其他新產品的開發，以便它們在多個行業中使用。”