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【奇亿娱乐怎么代理】研究人员设计更强壮的微生物以改善燃料和化学品的生物生产

忙碌、多产的微生物使用酶来分解叶子、茎和其他生物质,然后将这些材料转化为可再生燃料和化学品。但其中一些酶不能在高温或酸性条件下发挥作用,而这种高温或酸度可以维持发酵过程的低运营成本。

由爱荷华州立大学的 Laura Jarboe 领导的一个研究小组将尝试通过识别更粗糙、更坚固的酶和工程微生物来解决这个问题,以将它们用于工业发酵。他们的工作得到了美国能源部为期三年的 969,000 美元赠款的支持。

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“我们想让这些微生物更加健壮,”爱荷华州立大学嘉吉化学工程教授 Jarboe 说。“要做到这一点,我们需要考虑微生物的问题。我们不能只是说,’做得更好。’”

在这种情况下,需要冷却或调节 pH(酸度/碱度)以保持活性的酶是代价高昂的问题。其中一些酶对微生物将生物基底物转化为产品的能力至关重要,而有些酶对生物体的生存至关重要。

是否有更坚硬、更坚固、更强大的酶?工业微生物能否被设计成更像“极端微生物”并在发酵罐中的恶劣条件下保持活跃?

联手寻找答案的是 Jarboe;罗伯特·杰尼根 (Robert Jernigan),爱荷华州查尔斯·柯蒂斯 (Charles F. Curtiss) 罗伊·卡佛 (Roy J. Carver) 生物化学、生物物理学和分子生物学系农业和生命科学杰出教授;以及位于科罗拉多州戈尔登的美国能源部国家可再生能源实验室生物科学中心的高级科学家 Peter St. John。

数百万人研究微生物

今年夏天,能源部的生物与环境研究办公室授予了 34 项生物技术赠款,总额为 4550 万美元,其中包括支持 Jarboe、Jernigan 和 St. John 工作的赠款。优胜者是经过竞争性的同行评审过程后选出的。

“可以为飞机和轮船提供动力的生物燃料以及由可再生资源制成的生物产品将在我们的经济脱碳方面发挥关键作用,”能源部长詹妮弗·格兰霍姆在宣布赠款的声明中说。

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能源部的研究计划针对两个研究领域:一是重新设计微生物,帮助将生物质和合成聚合物转化为燃料和产品。第二,开发成像技术以更好地研究用于生产生物产品的植物和微生物。

Granholm 说,各种项目“将帮助我们在细胞水平上理解、预测甚至设计(生物燃料和生物产品),以便我们能够充分发挥它们的潜力”。

实验室到工厂

Jarboe、Jernigan 和 St. John 制定了一个由三部分组成的计划来改造微生物,使它们能够生产耐热和耐酸的酶:

圣约翰将带头努力建立微生物代谢的计算、基因组规模模型,包括将糖转化为能量的化学反应。这些模型将帮助研究人员预测更高的温度或酸度的变化将如何改变反应。“我们的工作将尝试确定哪些酶会对这些压力产生反应并对新陈代谢产生不利影响,然后可以将其作为替代的目标,”他说。

Jernigan 将领导对酶数据的搜索,以确定在高温或酸度下失效的酶的耐用替代品。“我一生都在研究蛋白质,我们拥有极其丰富的数据——数亿个蛋白质序列——这是一个将这些信息实际应用的机会,”他说。

Jarboe 将带头努力设计能够产生强大替代酶的微生物。还将进行实验来评估和表征微生物、酶和由此产生的化学反应。“也许某些过程依赖于高度敏感的酶并不重要,”她说。“也许还有其他酶可以完成同样的工作。”

如果是这样的话,这些替代酶有朝一日可能会改变生物可再生燃料、化学品和其他产品的制造方式。

“找到一种系统的方法来设计微生物的耐热性和 pH 耐受性,”圣约翰说,“有望让新开发的菌株以更快的速度和更低的成本从实验室转移到工业领域。”

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