甲基化酶:从甲烷到液体运输燃料

2016-01-07 10:05:00

以美国伯克利实验室为引领的团队于2014年1月16日宣布,正在使一种新的酶再工程化和代谢循环,以用于从甲烷直接生产液体运输燃料。这个项目已获美国先进研究计划局——能源(ARPA-E)350万美元的资助,作为使用甲烷有机体用于生物运输能源减排(REMOTE)计划的组成部分。

甲烷可通过热化学过程转化为液态烃类;然而,这些过程都是能源密集型的,并且常常无选择性。自然界存在的甲烷化(methanotrophs)细菌可消耗甲烷,并将其转化为化学品,这类化学品可被制成燃料。不幸的是,使用一般的酶不能有效地制取生产运输燃料的化学品。一些科学家们正在努力使这种酶更为有效,ChristerJansson博士的研究团队正在开发采用不同酶的新的途径,这类酶原应用于二氧化碳分解。

这种酶的结构相对简单,且容易理解,可使它成为一个理想的平台,在这种情况下,意义着使酶实现工程化,可以消耗甲烷,代替消耗二氧化碳,并可释放出一种产品,这种产品可进入用于燃料合成的途径。

这种新的酶即甲基化酶,可以添加到细菌中用于生产不同的燃料如丁醇和生物柴油。在实践中,这些经特别设计的细菌将被放置在一个生物反应器中。

伯克利实验室生命科学部门的JohnTainer和SteveYannone引领的团队正在开发一种酶,能调整对甲烷的抑制。他们使用计算机分析方法绘出所需的结构性变化,这种酶可以用来分解甲烷的碳链。计算机分析方法将有助于科学家们确定酶的功能的三维结构。

此外,一家加州工业伙伴Novici生物技术公司将采用其专有的合成生物学技术,创制数以万计的变异酶。伯克利实验室的地球科学部门和美国能源部联合生物能源研究所的科学家将协助分析这些变异酶,以识别那些最好的特征。

在理想情况下,每一步都会进行圈定,使之接近一种新的酶,这种酶可非常有效地将甲烷转化为被氧化的产品。

一旦构造出功能化的甲基化酶,就需要使新的代谢循环工程化。就像Calvin-Benson循环一样,但是是使甲烷同化,以代替二氧化碳。这需要一些时间,但是如果开发成功,甲基化酶就可被设置入各种微生物中,如大肠杆菌、酵母、蓝藻,并用于从天然气或其他来源的甲烷大规模地生产液体燃料。

另外两个工业合作伙伴、Kiverdi公司和Microvi生物技术公司也参与该项目,以优化天然气生物加工和其他生长条件,用于工程化的细胞的生长。

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