科学探索|工程细菌将捕获的二氧化碳转化为用于燃料和化妆品的有价值化学品工程细菌将捕获的二氧化碳转

细菌因分解乳糖制造酸奶和分解糖制造啤酒而闻名。现在，由美国西北大学和LanzaTech公司领导的研究人员已经利用细菌来分解废弃的二氧化碳来制造有价值的工业化学品。

文章图片

在一项新的试验研究中，研究人员选择、设计和优化了一种细菌菌株，然后成功地证明了它将二氧化碳转化为丙酮和异丙醇（IPA）的能力。
这种新的气体发酵工艺不仅能从大气中清除温室气体，而且还能避免使用化石燃料，而生成丙酮和IPA通常需要使用化石燃料。在进行生命周期分析后，该团队发现，如果广泛采用，与传统工艺相比，这种负碳平台可以减少160%的温室气体排放。
这项研究将于2022年2月21日发表在《自然-生物技术》杂志上。
该研究的共同第一作者、西北大学的Michael Jewett说：“不断加速的气候危机，加上快速的人口增长，给人类带来了一些最紧迫的挑战，所有这些都与整个生物圈有增无减的二氧化碳释放和累积有关。通过利用我们与生物学合作的能力，在可持续和可再生的基础上，在需要的地方和时间制造需要的东西，我们可以开始利用现有的二氧化碳来改变生物经济。”
Jewett是西北大学麦考密克工程学院化学和生物工程的Walter P. Murphy教授，以及合成生物学中心的主任。他与Michael Koepke和Ching Leang共同领导了这项研究，他们都是LanzaTech的研究人员。

文章图片

【科学探索|工程细菌将捕获的二氧化碳转化为用于燃料和化妆品的有价值化学品】必要的工业散装和平台化学品、丙酮和IPA几乎随处可见，其全球市场总额高达100亿美元。IPA被广泛用作消毒剂和防腐剂，是世界卫生组织推荐的两种消毒剂配方之一的基础，对杀死SARS-CoV-2病毒非常有效。而丙酮是许多塑料和合成纤维的溶剂，可稀释聚酯树脂、清洁工具和指甲油去除剂。
虽然这些化学品非常有用，但它们是由化石资源产生的，导致了气候变暖的二氧化碳排放。
为了更可持续地制造这些化学品，研究人员开发了一种新的气体发酵工艺。他们从LanzaTech公司设计的厌氧菌-- Clostridium autoethanogenum开始。然后，研究人员使用合成生物学工具对该细菌进行基因改造，使其发酵二氧化碳以制造丙酮和IPA 。
Jewett说：“这些创新，在指导菌种工程和优化途径酶的无细胞战略的引导下，将生产时间加快了一年多。”
西北大学和LanzaTech团队相信，所开发的菌种和发酵过程将转化为工业规模。这种方法也有可能被应用于创造简化的流程，以产生其他有价值的化学品。
LanzaTech公司首席执行官Jennifer Holmgren说：“这一发现是避免气候灾难的一个重要步骤。今天，我们的大多数商品化学品完全来自新的化石资源，如石油、天然气或煤炭。丙酮和IPA是两个例子，其全球市场总额为100亿美元。开发的丙酮和IPA途径将通过关闭碳循环来加速其他新产品的开发，以便在多个行业中使用这些产品。”