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以二氧化碳為食?大腸桿菌「新陳代謝重組」可以應對氣候變化

對於降低溫室氣體來說,我們又收到一個好消息。科學家宣布,實驗室設計的以二氧化碳為食的細菌可以幫助應對氣候危機。通常以糖為食的細菌經過基因改造,能夠通過吸收二氧化碳而存活下來。科學家稱,可以利用微生物來幫助生產可持續的食物和燃料。以色列的研究人員在幾個月的時間裡培育出了一種大腸桿菌菌株,通過基因操作,該菌株以二氧化碳為能源,而不是有機化合物。

科學家們用「新陳代謝重組」來轉換細菌食譜,使它以一種類似於植物的方式消耗二氧化碳。這涉及到添加能夠代謝二氧化碳的基因和去除通常處理糖化合物的基因,從基礎科學的角度來看,我們想看看細菌飲食的這種重大轉變是否可能,從對糖的依賴到全部生物量的CO2。除了在實驗室里測試這種轉變的可行性,我們還想知道,在細菌DNA藍圖的變化方面,需要多麼極端的適應。

這項開創性的研究是合成生物學的重要一步,它強調了「細菌新陳代謝的驚人可塑性」,並可能為未來的碳中性生物生產提供一個框架。我們的主要目標是創建一個方便的科學平台,提高二氧化碳的固定能力,這有助於應對與食品和燃料的可持續生產以及二氧化碳排放導致的全球變暖相關的挑戰。將大腸桿菌的碳源從有機碳轉化為二氧化碳,是建立這樣一個平台的重要一步。

目前還沒有這個過程的先例,這項研究首次描述了一種細菌生長模式的成功轉變。教一個大腸桿菌做植物聞名遐邇的把戲是一件很難的事,當我們開始定向進化過程時,我們對自己成功的機會沒有任何線索,而且文獻中也沒有先例來指導或建議這種極端轉變的可行性。此外,在最後看到實現這種轉變所需的相對較少的基因變化是令人驚訝的,一個主要的限制是目前細菌釋放的二氧化碳比通過固定碳所消耗的要多。

此外,還需要進行更多的研究,才能討論該方法在工業上的可擴展性,下一步將是通過可再生電力供應能源,以解決二氧化碳排放問題,並提高他們對細菌繁殖條件的理解。這一壯舉是一個強有力的概念證明,它開闢了一個令人興奮的新前景:利用工程細菌把我們認為是廢物的產品轉化成燃料、食物或其它有趣的化合物。它還可以作為一個平台,更好地了解和改進分子機器,這是人類糧食生產的基礎,從而有助於在未來提高農業產量。

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