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工程微生物可能是从植物生产塑料的关键

发布时间:2019/5/29 17:20:00 来源:未知

通过一些基因调整,一种对碳氢化合物有胃口的土壤细菌有望成为一种生物工厂,用于将可再生 - 但令人沮丧的尚未开发的 - 赏金转化为无处不在的塑料的替代品。

研究人员,如威斯康星大学麦迪逊分校能源部资助的大湖生物能源研究中心的研究人员,希望将木本植物转化为燃料和其他化学品生产中的石油替代品。纤维状纤维素,构成植物细胞壁的大部分。

采购这些糖的大部分工作涉及去除木质素,木质素是填充纤维素和这些细胞壁中其他化学成分之间的间隙的聚合物。

这留下了许多有用的纤维素,但也有很多木质素 - 这从未带来太多价值。造纸厂已经从木材中剥离木质素制造纸张超过一个世纪,并且发现木质素的价值很小,以至于它只是在工厂的锅炉中燃烧。

“他们说除了金钱外,你可以用木质素制作任何东西,”威斯康星大学麦迪逊分校土木与环境工程研究生米格尔佩雷斯说。
但他们可能不知道Novosphingobium aromaticivorans和他一样。

Perez,土木和环境工程教授Daniel Noguera及其同事在GLBRC和威斯康星能源研究所发表了绿色化学期刊,采用了一种策略,采用N. aromaticivorans将木质素转化为更有价值的商品。

“木质素是地球上芳烃化合物中最丰富的来源 - 石油除外 - ”Noguera说,就像那些用来制造石油化学品和塑料的那些。但是,众所周知,大而复杂的木质素分子难以有效地分解成有用的组成部分。

进入细菌,这是在石油产品污染后,在富含芳香化合物的土壤中繁殖时首先被分离出来的细菌。

在其他微生物挑选的地方,N。aromaticivorans是木质素中芳烃的生物漏斗。它的独特之处在于它几乎可以将所有不同的木质素消化成较小的芳烃。

“之前尝试的其他微生物可能能够消化木质素中发现的几种芳香族物质,”佩雷斯说。“当我们遇到这种微生物时,它已经擅长降解各种化合物。这使得这种微生物非常有前景。”

在消化过程中,微生物将这些芳香族化合物转化为2-吡喃酮-4,6-二羧酸 - 更可管理地称为PDC。通过从微生物中去除三个基因,研究人员将中间PDC转变为生产线的末端。这些工程细菌变成了一个漏斗,不同的木质素碎片进入漏斗,PDC流出。

日本的生物工程师使用PDC制造各种可用于消费品的材料。

“他们发现这种化合物与PET聚合物最常见的石油基添加剂相同或更好 - 如塑料瓶和合成纤维 - 这是世界上最常见的聚合物,”佩雷斯说。

它将是一种有吸引力的塑料替代品 - 在环境中自然分解,并且不会将激素模拟化合物浸入水中 - 如果只有PDC更容易获得。

“没有工业流程可以做到这一点,因为现有路线很难制造PDC,”Noguera说。“但是,如果我们用纤维素生产生物燃料并生产木质素 - 我们过去常常燃烧 - 而且我们可以有效地将木质素转化为PDC,这可能会改变这种化合物的工业用途市场。”

目前,N. aromaticivorans的工程变异可以将至少59%的木质素潜在有用化合物转化为PDC。但这项新研究显示出更大的潜力,佩雷斯的目标是进一步操纵微生物。

“如果我们能够以足够的速度生产这种管道,并且产量足够,我们可能会创造一个新的产业,”Noguera说。