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工程大肠杆菌可以用二氧化碳制造碳水化合物和可再生燃料

导读 华盛顿特区 - 2021 年 9 月 10 日- 英国纽卡斯尔大学的研究人员设计了大肠杆菌, 利用氢气 (H2) 将二氧化碳 (CO2)转化为甲酸。

华盛顿特区 - 2021 年 9 月 10 日- 英国纽卡斯尔大学的研究人员设计了大肠杆菌, 利用氢气 (H2) 将二氧化碳 (CO2)转化为甲酸。今天发表在《应用与环境微生物学》上的这项研究提出了将大气 CO2转化 为商品化学品的可能性。

通常, 大肠杆菌中的 酶催化该反应的逆过程—— 从甲酸生产 H2 和 CO2。在自然界中,后者最为人所知的是蚂蚁用来抵御捕食者的一种醋复合蚂蚁(Formic 来自拉丁语“formica”,意思是蚂蚁。)

为了逆转大肠杆菌中的正常反应 ,研究人员让细菌将钼(一种通常是酶的关键部分的金属)换成钨,方法是让细菌生长过量的钨。“这很容易做到,因为 大肠杆菌 不能轻易区分两者之间的区别,”首席研究员弗兰克萨金特说。

“将钨换成钼改变了我们酶的特性,因此它被锁定在 CO2 捕获模式,而不是能够在 CO2 捕获和 CO2 生产之间切换,”Sargent 博士说。

研究人员使用一种特殊的加压生物反应器,其中充满了 H2 和 CO2 以使微生物可以使用这些气体。“它起作用了——细菌可以在气压下生长并从 CO2 中产生甲酸,”萨金特博士说。

他说,萨金特博士通过阅读有关地球上生命出现的信息,无论是在原始文献还是科普书籍中,发展出这个想法。三五十亿年前,大气中没有氧气,但 CO2 和 H2含量很高,细胞生命开始在海面以下 10,000 米处进化。

那时,这些化合物需要转化为所有生命赖以生存的碳水化合物。萨金特博士说,这可以通过一种酶“例如我们在大肠杆菌中发现的 酶,将二氧化碳氢化成有机酸”来实现。“我们想在实验室里试试这个。”

“在世界各地,社会都了解应对气候变化、开发可持续能源和减少浪费的重要性,”萨金特博士说。“减少二氧化碳排放需要一揽子不同的解决方案。生物学和微生物学提供了一些令人兴奋的选择。”

“最终目标是 使用来自生物氢的可再生氢气——如在本研究中——或由可再生电力提供动力的电解来捕获浪费的 CO2,并将其转化为甲酸,”萨金特博士说。“关键是微生物使用甲酸盐作为其唯一的碳源。然后我们可以制造燃料、塑料或化学品。这是一个真正循环生物经济的愿景,其中 CO2 不断产生、捕获并返回市场。”

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