科學家巧用進化策略提高生物燃料生產效率

新華社北京7月3日電 用秸稈之類的農林業廢棄物生產生物燃料堪稱一舉兩得,但生產效率尚需提高。科學家求助於大自然的進化規則,讓細菌在生存競爭中變得更擅長分解木糖,從而提升生物燃料製取效率。

美國亞利桑那州立大學日前發布新聞公報說,這所大學一個研究小組讓大腸桿菌生活在特殊環境中,迫使它們發酵分解木糖才能生存。繁殖150多代之後,基因突變使這些細菌分解木糖的效率提高。將突變基因移植給用於發酵的菌種後,分解效率顯著上升。

木糖是含有5個碳原子的糖,廣泛存在於植物中,秸稈、稻殼、木屑、枯草等都含有大量木糖。用這些原料生產生物燃料,可以避免以玉米和甘蔗為原料影響糧食生產的問題,還消除了農業垃圾。但是,工業上用於發酵的大腸桿菌會優先利用葡萄糖,只要環境中有葡萄糖在,它們就會關閉分解木糖的功能。

植物原料通常也富含葡萄糖,因此細菌分解木糖的動力和效率不足。研究小組把大腸桿菌放在只含木糖的培養基中,不擅長分解木糖的細菌會在生存競爭中落敗。細菌起初生長得非常緩慢,但經過150多代的進化,它們適應了新環境,欣欣向榮地生長起來。

分析顯示,3組這樣培養的大腸桿菌針對同一批基因各自進行了不同的改造,都獲得了成功。其中最引人注目的改造涉及一種名叫XlyR的調控蛋白質,僅僅兩個氨基酸開關的調整,就能使細菌高效分解木糖,抑制對葡萄糖的利用。研究人員把這個變異基因移植到工業用的大腸桿菌中,發酵4天後,產量增幅最多達到50%。

研究人員說,這一發現突破了生物燃料生產領域的一個重大瓶頸。他們希望與工業機構合作進行大規模應用試驗,驗證經濟可行性。

來源：新華社

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