在一項新的試驗研究中，研究人員選擇、設(shè)計和優(yōu)化了一種細(xì)菌菌株，然后成功地證明了它將二氧化碳轉(zhuǎn)化為丙酮和異丙醇（IPA）的能力。

這種新的氣體發(fā)酵工藝不僅能從大氣中清除溫室氣體，而且還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。在進行生命周期分析后，該團隊發(fā)現(xiàn)，如果廣泛采用，與傳統(tǒng)工藝相比，這種負(fù)碳平臺可以減少160%的溫室氣體排放。

這項研究將于2022年2月21日發(fā)表在《自然-生物技術(shù)》雜志上。

該研究的共同第一作者、西北大學(xué)的Michael Jewett說：“不斷加速的氣候危機，加上快速的人口增長，給人類帶來了一些最緊迫的挑戰(zhàn)，所有這些都與整個生物圈有增無減的二氧化碳釋放和累積有關(guān)。通過利用我們與生物學(xué)合作的能力，在可持續(xù)和可再生的基礎(chǔ)上，在需要的地方和時間制造需要的東西，我們可以開始利用現(xiàn)有的二氧化碳來改變生物經(jīng)濟。”

Jewett是西北大學(xué)麥考密克工程學(xué)院化學(xué)和生物工程的Walter P. Murphy教授，以及合成生物學(xué)中心的主任。他與Michael Koepke和Ching Leang共同領(lǐng)導(dǎo)了這項研究，他們都是LanzaTech的研究人員。

必要的工業(yè)散裝和平臺化學(xué)品、丙酮和IPA幾乎隨處可見，其全球市場總額高達100億美元。IPA被廣泛用作消毒劑和防腐劑，是世界衛(wèi)生組織推薦的兩種消毒劑配方之一的基礎(chǔ)，對殺死SARS-CoV-2病毒非常有效。而丙酮是許多塑料和合成纖維的溶劑，可稀釋聚酯樹脂、清潔工具和指甲油去除劑。

雖然這些化學(xué)品非常有用，但它們是由化石資源產(chǎn)生的，導(dǎo)致了氣候變暖的二氧化碳排放。

為了更可持續(xù)地制造這些化學(xué)品，研究人員開發(fā)了一種新的氣體發(fā)酵工藝。他們從LanzaTech公司設(shè)計的厭氧菌-- Clostridium autoethanogenum開始。然后，研究人員使用合成生物學(xué)工具對該細(xì)菌進行基因改造，使其發(fā)酵二氧化碳以制造丙酮和IPA。

Jewett說：“這些創(chuàng)新，在指導(dǎo)菌種工程和優(yōu)化途徑酶的無細(xì)胞戰(zhàn)略的引導(dǎo)下，將生產(chǎn)時間加快了一年多。”

西北大學(xué)和LanzaTech團隊相信，所開發(fā)的菌種和發(fā)酵過程將轉(zhuǎn)化為工業(yè)規(guī)模。這種方法也有可能被應(yīng)用于創(chuàng)造簡化的流程，以產(chǎn)生其他有價值的化學(xué)品。

LanzaTech公司首席執(zhí)行官Jennifer Holmgren說：“這一發(fā)現(xiàn)是避免氣候災(zāi)難的一個重要步驟。今天，我們的大多數(shù)商品化學(xué)品完全來自新的化石資源，如石油、天然氣或煤炭。丙酮和IPA是兩個例子，其全球市場總額為100億美元。開發(fā)的丙酮和IPA途徑將通過關(guān)閉碳循環(huán)來加速其他新產(chǎn)品的開發(fā)，以便在多個行業(yè)中使用這些產(chǎn)品。”