這一基因工程成果發(fā)表在本月雜志《應(yīng)用與環(huán)境微生物學(xué)》(Applied and Environmental Microbiology)上，這一成果是一個(gè)單一的有機(jī)體，它攝入纖維素，制成異丁醇。詹姆斯·廖說，產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率都很低，但是他說，這種“原理循證”可能是開發(fā)過程中棘手的部分。 “其余的相對(duì)簡(jiǎn)單。不是不重要，而是簡(jiǎn)單。它就成了一個(gè)資金和資源的問題，”詹姆斯·廖說。
丁醇(Butanol)一種很有前途的下一代生物燃料，包含的能量多于乙醇(ethanol)，而且可以通過石油管道傳送。但是，就像乙醇一樣，生物丁醇生產(chǎn)也是集中使用食用原料，比如甜菜、玉米淀粉和甘蔗。
現(xiàn)在，加州大學(xué)洛杉磯分校(University of California, Los Angeles)生物分子工程師詹姆斯·廖(James Liao)，已開發(fā)出兩種方法，使丁醇擺脫對(duì)糧食作物的依賴。詹姆斯·廖示范的直接從纖維素向丁醇轉(zhuǎn)化，可以降低成本，生產(chǎn)纖維素生物燃料，這一成本目前還過高。他的蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的工藝，為生物燃料領(lǐng)域提供了全新的原料選擇。雖然它們是可再生能源，但是，生物燃料面臨著攻擊，這些攻擊來自環(huán)境和食品活動(dòng)家，生物丁醇(biobutanol)也不例外：**代生物丁醇廠正在開發(fā)中，它們的運(yùn)行將依賴玉米為基礎(chǔ)的糖和淀粉?！岸〈加幸恍┘夹g(shù)優(yōu)勢(shì)，但真正的問題，是用于制造一加侖燃料的作物數(shù)量，”杰里米·馬丁(Jeremy Martin)說，他是一位**科學(xué)家，在憂思科學(xué)家聯(lián)盟(Union of Concerned scientists)，這個(gè)聯(lián)盟是馬薩諸塞州(Massachusetts)劍橋(Cambridge)的一個(gè)吁請(qǐng)團(tuán)，屬于一個(gè)廣泛聯(lián)盟的一部分，他們推動(dòng)國(guó)會(huì)結(jié)束對(duì)玉米乙醇利潤(rùn)豐厚的稅收抵免(tax credits)。
詹姆斯·廖的**可能終止生物丁醇與玉米的關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)，具有諷刺意味的是，部分原因是他造成的。2008年，詹姆斯·廖開發(fā)出一種微生物途徑，可以把糖轉(zhuǎn)換為異丁醇(isobutanol)，就是丁醇的一種高辛烷值(high-octane)的異構(gòu)體。這些計(jì)劃就是轉(zhuǎn)向生物燃料生產(chǎn)，采用的是生物質(zhì)原料，如柳枝稷，玉米秸稈，甘蔗渣(或植物殘?bào)w)的，但是，進(jìn)展很慢，這是由于成本較高。美國(guó)環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)(U.S. Environmental Protection Agency)的指令是，今年只使用660萬加侖的纖維素乙醇，不到3%的2.50億加侖的目標(biāo)，這一目標(biāo)是美國(guó)國(guó)會(huì)四年前設(shè)定的。障礙來自需要增加加工步驟，用以分解這些纖維素原料，從而產(chǎn)生糖，進(jìn)行發(fā)酵;這種加工大大提升了成本，使生產(chǎn)設(shè)施難以融資。
詹姆斯·廖的直接從纖維素轉(zhuǎn)為丁醇的工藝，在開發(fā)中與橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Oak Ridge National Laboratory)的研究人員合作，這種工藝有望簡(jiǎn)化過程，擴(kuò)展發(fā)酵微生物的性能。關(guān)鍵是增加了詹姆斯.廖的從糖到異丁醇的方法，增加到一種微生物，就是解纖維梭菌，就像是喜歡咀嚼生物質(zhì)，但通常不會(huì)制成丁醇。初，這種微生物的分離是來自草堆肥(composted grass)，兩年前，美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所(Joint Genome Institute)完成了它的基因組排列。
下一步是進(jìn)行基因改良，形成生長(zhǎng)較快的梭菌變體或其他微生物。詹姆斯·廖打賭說，這一技術(shù)準(zhǔn)備好生產(chǎn)，只需要短短兩年。
詹姆斯·廖演示了基因工程改造的大腸桿菌(E. coli)，可以把蛋白質(zhì)變成異丁醇，也提供了一種潛在的替代品，可替代生物質(zhì)原料，這種替代品就是快速生長(zhǎng)、具有光合作用的藻類?，F(xiàn)有的研發(fā)項(xiàng)目開發(fā)藻類為基礎(chǔ)的生物燃料，都尋求轉(zhuǎn)換藻類生產(chǎn)的油脂，油脂約占四分之一的藻類質(zhì)量。相反，蛋白質(zhì)約占三分之二。
詹姆斯·廖說，有可能創(chuàng)造一種再生生產(chǎn)系統(tǒng)，其中，生產(chǎn)異丁醇的微生物可以持續(xù)，就采用藻類蛋白，以及工業(yè)發(fā)酵殘余物，這是回收利用前一輪的丁醇生產(chǎn)。像藻類一樣，發(fā)酵殘留物主要成分是蛋白質(zhì)。
“這些結(jié)果表明，使用蛋白質(zhì)進(jìn)行生物煉制是可行的，”詹姆斯·遼和加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的同事們這個(gè)月的《自然生物技術(shù)》雜志上說。
詹姆斯·廖說，利用蛋白質(zhì)進(jìn)行生物煉制，制成異丁醇，這有可能在5至10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)，因此，纖維素異丁醇很可能首先到來。他承認(rèn)，藻類為基礎(chǔ)的蛋白原料，就像纖維素生物質(zhì)一樣，可能產(chǎn)生不可預(yù)見的成本。但有一點(diǎn)是肯定的，詹姆斯?廖說：“它們當(dāng)然更具有可持續(xù)性，勝過石油、煤或糖?！?/font>
