我们常常寻找最小的生命形式来帮助解决最大的问题:微生物帮助制造食物和饮料,治疗疾病,处理废物,甚至清理污染。酵母和细菌也可以将植物糖转化为传统上来自化石燃料的生物燃料和化学品--这是减缓气候变化计划的一个重要组成部分。

　　现在,威斯康星大学-麦迪逊分校的研究人员设计了一种能同时从未被充分利用的植物纤维中产生两种化学产品的细菌。与人类不同的是,这些多任务处理的微生物在这两种情况下都能做得很好。

　　"据我所知,这是第一次你可以在一个微生物中同时生产两种有价值的产品,"麦迪逊大学麦迪逊分校细菌学教授、大湖生物能源研究中心主任蒂姆·多诺霍说。

　　我们的发现, 在报纸上详细描述 在杂志上 应用和环境微生物学 ,有助于使生物燃料更具可持续性和商业可行性。

　　"原则上,这一战略降低了网络覆盖率。 温室气体 多诺霍说:"排放和改善经济。""你在一个罐子里制造两个产品所需的能量和温室气体的数量,将少于在每个罐子里制造一个产品的两个罐子。""

　　每个分子都是重要的

　　对替换的追求 化石燃料 可持续的替代品取决于从可再生生物量中提取最可能的价值。就像石油化学一样,每个分子都是重要的:低体积、高价值的产品有助于使燃料价格更低。

　　其中一个最大的屏障是植物细胞壁的一部分称为木质素。木质素是世界上最丰富的可再生芳烃来源,但其不规则的结构使其难以分解成有用的组分。

　　这就是为什么科学家们研究了一种被称为诺沃菌的细菌(有时简称诺沃),它可以消化木质素的许多成分,并且相对容易进行基因修饰。

　　2019年,研究人员设计了一种诺沃菌株,这种菌株可以生产一种关键的塑料成分,如尼龙和聚氨酯,称为PDC。最近,多诺霍的实验室的一个小组发现了另一种改进方法,允许新产品制造一种被称为ccma的不同塑料成分。

　　但他们没停下来。

　　"我们不可能只生产两种产品来解决我们的碳排放问题,"本霍尔说,他是最近为这项研究做出贡献的博士研究生。

　　多诺霍的研究小组利用基因组建模提出了一份可能由生物质芳香剂制成的潜在产品清单。名单上最接近的是玉米黄质,这是一组被称为 类胡萝卜素 .

　　类胡萝卜素,胡萝卜,南瓜,鲑鱼,甚至火烈鸟,被用作 营养补充品 、医药及化妆品,每年累计市值达数百亿美元。

　　研究人员知道新产品的基因可以产生另一种 类胡萝卜素 几乎没有市场价值。根据细菌的基因组序列,他们怀疑玉米黄质在细胞用来制造复杂分子的过程中是通往价值较低的类胡萝卜素的垫脚石。这只是一个改变正确的基因的问题,以停止消化装配线在更有价值的产品。

　　通过删除或添加选定的基因,他们设计了产生玉米黄质的菌株以及其他有价值的类胡萝卜素--β-胡萝卜素、番茄红素和杏仁黄质--当生长在木质素中常见的芳香化合物上。

　　接下来,研究小组发现,这种被改造的细菌可以从用泥土制成的酒和经过处理的高粱茎中产生同样的类胡萝卜素,这种溶液含有许多工业细菌无法消化的芳香化合物。

　　一壶,两种产品

　　霍尔随后想知道,如果他把制造pDC和类胡萝卜素的基因变化结合起来,将会发生什么。

　　由此产生的菌株既产生PDC,也产生目标类胡萝卜素--对产量没有明显损失。更好的是, 细菌 在细胞中积累的类胡萝卜素,必须从含有pDC的溶液中分离出来。

　　霍尔说:"我们已经在把细胞与媒体分开。""现在,我们将从这两种产品中获得一种产品。"

　　接下来的步骤包括测试工程菌株是否能同时生产类胡萝卜素和ccma,多诺霍认为他们会这样做,以及设计菌株以提高工业条件下的产量。

　　虽然每一种产品都有有利可图的市场,但多诺霍和霍尔说,这项发现的真正价值在于能够为这个生物平台添加多种功能。

　　多诺霍说:"对我来说,这既是战略,也是产品。""既然我们已经这样做了,我想它打开了大门,看看我们是否能创造出其他的微生物底盘,制造出两种产品。"