苏黎世联邦理工学院的科学家报告说，他们在实验室中改造了细菌，以有效利用甲醇。研究人员表示，现在可以利用这些细菌的新陈代谢来生产目前由化学工业利用化石燃料生产的有价值的产品，他们的研究论文“合成甲基营养型大肠杆菌作为甲醇生物生产的底盘”发表在《自然催化》杂志上。

“利用捕获的温室气体合成的甲醇是一种新兴的可再生原料，具有巨大的生物生产潜力。最近的研究提出了利用合成甲基营养型大肠杆菌将甲醇生物转化为增值产品的前景，因为它的新陈代谢可以重新连接，从而仅依靠还原的一碳化合物即可生长，”研究人员写道。

“在这里，我们描述了一种大肠杆菌菌株的产生，该菌株在甲醇中的倍增时间为4.3小时，与许多天然甲基营养菌相当。为了使用这种合成底盘建立甲醇生物生产，我们演示了从四个代谢节点进行生物合成，从中可以衍生出许多生物产品：来自丙酮酸的乳酸、来自乙酰辅酶A的聚羟基丁酸、来自三羧酸循环的衣康酸和来自三羧酸循环的对氨基苯甲酸。分支酸途径。

“在向碳负化学品和温室气体稳定迈出的一步中，我们的工作使大肠杆菌中的合成甲基营养进入了工业应用范围。”

为了生产塑料、染料或人造香料等各种化学品，化学工业目前严重依赖原油等化石资源。

苏黎世联邦理工学院微生物研究所教授JuliaVorholt-Zambelli博士指出：“全球范围内，每年消耗5亿吨，或者每天超过100万吨。”她的团队正在寻找减少化学工业消耗的方法。对化石燃料的依赖。“由于这些化学转化是能源密集型的，化学工业真正的CO2足迹甚至要大六到十倍，约占全球总排放量的5%。”

绿色甲醇

以甲醇为食的细菌(甲基营养菌)是这些努力的核心。甲醇仅含有一个碳原子，是最简单的有机分子之一，可以由温室气体二氧化碳和水合成。如果该合成反应的能量来自可再生能源，则甲醇被称为“绿色”。

Vorholt-Zambelli研究小组的博士后研究员MichaelReiter博士说：“天然的甲基营养菌是存在的，但尽管进行了大量的研究工作，但在工业上使用它们仍然很困难。”该研究小组的研究对象是生物技术上广为人知的模型细菌大肠杆菌。Vorholt-Zambelli的团队多年来一直致力于让以糖为食的模型细菌具备代谢甲醇的能力。

“这是一个重大挑战，因为它需要彻底重组细胞的新陈代谢，”Vorholt-Zambelli说。最初，研究人员使用计算机模型模拟了这种变化。基于这些模拟，他们选择删除两个基因并引入三个新基因。“因此，细菌可以吸收甲醇，尽管数量很少，”赖特补充道。

他们在实验室的特殊条件下继续培养细菌一年多，直到微生物能够从甲醇中产生所有细胞成分。在大约1,000代的过程中，这些合成的甲基营养菌变得越来越高效，仅用甲醇喂养时，最终每四个小时翻倍。“生长速度的提高使细菌在经济上变得有趣，”Vorholt-Zambelli解释道。

通过功能丧失进行优化

一些随机发生的突变导致甲醇利用效率的提高。大多数这些突变导致各种基因功能丧失。乍一看，这令人惊讶，但经过仔细观察，很明显，由于基因功能的丧失，细胞可以节省能量。例如，一些突变会导致重要生化反应的逆反应失败。研究人员写道：“这消除了多余的化学转化并优化了细胞中的代谢通量。”

为了探索合成甲基营养菌在工业相关大宗化学品生物技术生产中的潜力，Vorholt-Zambelli和她的团队为细菌配备了四种不同生物合成途径的额外基因。在他们的研究中，他们现在表明细菌确实在所有情况下都产生了所需的化合物。

对于研究人员来说，这是他们的工程细菌可以实现最初承诺的明确证据：微生物是一种高度通用的生产平台，可以根据“即插即用”原理将生物合成模块插入其中，从而促使细菌将甲醇转化为所需的生化物质。

然而，研究人员仍然需要显着提高产量和生产力，以实现经济上可行的细菌使用。Vorholt-Zambelli和她的团队最近获得了一项创新基金，“以进一步扩大应用计划并选择首先关注的产品”，Vorholt-Zambelli说。

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