利用基因工程大肠杆菌生产高能生物燃料蒎烯替代火箭高能燃料

摘 要:

在火箭、飞船等航空航天领域,高能量密度的燃料非常重要。蒎烯二聚体的能量密度与JP-10很相近。有可能作为高能燃料JP-10的替代品。为了提供稳定可靠的蒎烯来源,研究人员通过基因工程方法构建出能合成蒎烯的细菌,重组菌产生蒎烯的能力比先前提高了6倍。

关键词:

在需要使燃料重量尽可能最小化的应用中,如火箭、飞船等航空航天领域,燃料的高能量密度非常重要。用于汽车的汽油和用于卡车的柴油所产生的每升能量都远小于基于石油的高能燃料JP-10。蒎烯(pinene)是由一种树产生的碳氢化合物,蒎烯二聚体的能量密度与JP-10很相近。通过改进处理流程,蒎烯这有可能作为高能燃料JP-10的替代品,而且还可能促进开发新一代更强大的发动机。

从石油中提取的JP-10是有限的,从树木中可得到的具有潜在替代化合物的能力也不足,因此科学家们致力于生产相关的生物燃料替代品。目前许多科学家正致力于生产乙醇或生物柴油燃料,很少有研究生产高能燃料JP-10的替代品。

为了提供一种稳定可靠的蒎烯来源,美国佐治亚技术研究所和联合生物能源研究所的研究人员通过基因工程方法构建出一种能够合成蒎烯的细菌。重组细菌产生蒎烯的能力比先前提高了6倍。相关研究成果发表在2014年2月的《ACS合成生物学》(ACS Synthetic Biology)杂志上。

科研人员将3种蒎烯合成酶(pinene synthases,PS)和3种香叶基二磷酸合成酶(geranyl diphosphate synthases,GPPS)进行两两组合,以筛选比较蒎烯产量最高的组合,结果最高产量约为28mg/L。为了进一步提高产量,研究人员将GPPS和PS基因进行了融合,进行GPPS-PS重组蛋白的融合表达。结果蒎烯的产量达到32 mg/L,是先前报道大肠杆菌的6倍。

虽然重组菌生产蒎烯的量得到了显著提高,但还无法真正对JP-10构成挑战,为了能与JP-10形成竞争,科研人员必须将蒎烯的产量提高26倍。事实上,这个目标并非不可能,因为这个产量在大肠杆菌的能力范围之内。因此,科学家们相信,他们已经克服了达到这一目标过程中必须解决的一个主要障碍。

此外,研究人员还发现一个问题,酶会被底物所抑制,而且抑制具有浓度依赖性。要解决这个问题,或者使用不会被高浓度底物抑制的酶,或者建立能保持低底物浓度的方法,虽然这两个途径都比较困难,但并非是不可克服。

参考文献:

Sarria S, Wong B, García Martín H, et al. Microbial Synthesis of Pinene. ACS Synthetic Biology, 2014; 140227132508000 DOI: 10.1021/sb4001382

    日期:2014年04月17日  分类:有益菌
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