物理科技生物学-PHYICA

发光酵母照亮了更好的生物燃料之路

化学 2022-09-26 00:02:13

作者:普林斯顿大学汤姆·加林豪斯 何塞·阿瓦罗斯教授实验室的研究人员,包括研究生杰里米·科尔特斯,创造了一种新的方法来分类用于制造生物燃料的酵母菌株

该工具打破了一个关键瓶颈,使基因选择过程加快了数千倍,并加速了先进生物燃料的开发,以帮助遏制全球温室气体排放

信用:萨梅尔

汗/福托布迪 普林斯顿大学的研究人员采用了一种有望推动生物燃料发展的技术,他们发现了一种方法,可以让酵母培养物在生产下一代燃料时发光,这种燃料可以为汽车和飞机提供动力

发光的培养物解决了减缓生物燃料生产的一个主要挑战:开发能产生有价值的化学物质的酵母菌株,并将它们与产量较低的酵母菌株分离

在这项新技术开发之前,评估酵母的性能是一个缓慢而费力的过程

研究人员必须培养不同的酵母菌株,并独立评估每种酵母菌株生产燃料和其他化学物质的能力

这一过程可能需要几天的时间

首席研究员、化学和生物工程助理教授José Avalos说:“我们必须找到更好的菌株的方法是取几个菌落,在培养物中过夜培养,然后开始发酵过程,需要24到48小时。”

“现在,我们每分钟测量几十万个菌株

这是识别更好菌株的一种快几个数量级的方法

" 在1月1日发表的一篇论文中

12在《自然通讯》上,Avalos的团队描述了他们如何开发生物传感器,用于在酵母中生产生物燃料异丁醇和异戊醇

两者都是酒精,其能量含量高于乙醇,乙醇是美国目前使用的主要生物燃料

像乙醇一样,异丁醇和异戊醇是由啤酒酵母(酿酒酵母)产生的,这是一种单细胞真菌,通常用于制作面包、啤酒和其他酒精饮料

然而,这些先进的生物燃料与现有的汽油基础设施具有更高的兼容性,允许它们替代更多的化石燃料,并且可以很容易地升级为喷气燃料

该论文的资深作者Avalos说:“科学家、工程师和监管机构仍在研究它们,但这些醇可能与我们目前的汽油基础设施完全兼容。”

“大多数汽车不能使用乙醇浓度高于10%或15%的汽油

然而,他们可以使用异丁醇浓度高得多的汽油

这意味着你可以用这些先进的燃料代替更多的汽油

" 当前的研究始于加速开发用于异丁醇和异戊醇生产的酵母菌株的挑战

科学家在酵母中引入遗传多样性的速度大大超过了他们筛选每种菌株以发现生物燃料产量增加的菌株的速度

因此,研究人员不得不使用非常缓慢、费力和昂贵的方法来找出打开或关闭哪些基因,以及哪些酶或蛋白质对这一过程有益

分子生物学研究生、论文作者之一杰里米·科尔特斯(Jeremy Cortez)说:“有数百万种方法可以尝试这种方法,直到你最终找到最有效的方法。”

“如果我们能直接进入细胞——听细胞内各种成分之间的代谢‘对话’——让生物传感器告诉我们它正在制造大量的产品,而不是让我们经历这些漫长的过程,那就太好了

" 研究人员通过基因工程使细胞在制造生物燃料的化学物质时产生荧光蛋白来实现这一点

然后,科学家可以利用荧光作为传感器来寻找产量

阿瓦洛斯说:“我们基本上利用了这种转录因子,这样当细胞产生更多的生物燃料时,它也会产生荧光蛋白。”

“它正在做它通常做的事情,但现在我们可以看到细胞对增强的代谢活动做出反应

我们不再盲目

" 最终,生物传感器的使用为研究人员提供了他们正在寻找的突破,这可能会加速先进生物燃料的生产,并可能有助于逐步淘汰碳排放化石燃料的使用

阿瓦罗斯说,随着世界转向低碳能源,生物燃料可以成为关键的一步

他指出,要让汽车以足够快的速度通电以实现《巴黎协定》将全球变暖限制在1

比工业化前水平高5摄氏度

此外,飞机和其他一些运输方式很难通电

异丁醇也可以用来制造碳足迹更低的喷气燃料

Avalos说:“我们需要多快消除化石燃料,我们的车队能多快实现电气化,这两者之间的差距可以用生物燃料来填补。”

“事实上,如果我们希望实现这一目标,就必须使用生物燃料

" 科尔特斯呼应了这一紧迫主题

“气候变化正在发生,”他说

“如果生物传感器能为我们节省时间,那就是最好的结果

"

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