内布拉斯加大学林肯分校的斯科特·施拉格 产甲烷微生物和异戊二烯分子的再现，异戊二烯是合成橡胶的主要化学成分
内布拉斯加州的尼科尔·布恩及其同事设计的一种菌株产生的异戊二烯水平超过了酵母的水平
大肠杆菌和其他为同样目的而设计的微生物
学分:斯科特·施拉格|大学传播 烧橡胶？疲劳的
呼吸橡皮？有灵感的
毫不奇怪，被称为产甲烷菌的单细胞微生物以释放甲烷而闻名:在人类和其他动物的内脏中，在海底裂开的热液喷口中——几乎在任何地方，氧气都不是
但是内布拉斯加大学林肯分校的生物化学家尼科尔·布安和他的同事们现在已经通过基因工程改造了一种产甲烷菌，这种产甲烷菌还能产生大量的异戊二烯，异戊二烯是合成橡胶的主要化学成分
很有希望的是，异戊二烯的产量大大超过了为同样目的而设计的其他微生物的产量
“这相当于如果你或我刚开始呼吸橡胶，”肖恩·卡尔说，他是布安的博士顾问
“这就是我们让这个有机体做的事情
" 每年大约有80万吨异戊二烯从石油中提炼出来，其中大部分用于生产合成橡胶
对气候敏感的减少对化石燃料依赖的愿望促使研究人员寻找替代的、可再生的化学资源
在这些替代品中，还有其他类型的单细胞微生物，包括更常见的酵母，大肠杆菌
大肠杆菌和被称为蓝细菌的蓝绿藻
然而，作为生物体，这些来源需要原料来生产异戊二烯
许多原料，尤其是葡萄糖，其生产或大规模加工成本都很高
它们中的一些来自玉米、甜菜或其他原本可以用来喂养人或牲畜的作物
提取异戊二烯也意味着设计和建造新的基础设施，这是另一个昂贵和劳动密集型的提议
这也是为什么布安对产甲烷菌感兴趣的部分原因，这种菌不需要光照，不需要氧气，而且很容易吞噬其他没有价值的废物——包括废水，它们也碰巧在处理过程中处理废水
生物化学副教授布安说:“它们真是不可思议，非常神奇的生物。”
“它们可以在只有一些矿物质的密封玻璃容器中生长，仅此而已
对我来说，他们在开发可持续技术方面有着最大的潜力，这些技术可以真正改变我们的气候和能源需求
" 她感兴趣的另一个原因？产甲烷菌自然将大约5%的新陈代谢导向由类异戊二烯——其基本成分是异戊二烯的化合物——构建细胞膜
多年来，布安和她的学生们一直在想办法从产甲烷菌中提取至少一些类异戊二烯，然后将它们全部整合到膜中
“如果成功了，那就太棒了，但这是不可能的，”布安回忆起听证会上的一句常见的话
“当时的想法是，如果你把制造细胞膜的碳和能量拿走，那么，它们将如何分裂和生长？” 然而，一旦她获得了资金，布安和她的团队就着手消除这些疑虑
他们从产甲烷菌醋酸甲烷八叠球菌和杨树的基因开始，杨树可以将高达10%的碳转化为异戊二烯
该基因指导异戊二烯合酶的构建，该酶作用于一种名为二甲基烯丙基焦磷酸的化合物
这种由异戊二烯分子和焦磷酸分子组成的化合物通常会成为产甲烷菌细胞膜的一部分
在此之前，异戊二烯合酶通过切断焦磷酸进行干预，让微小的异戊二烯分子以气体的挥发性形式自由逸出细胞膜
如果酵母和细菌是任何迹象，从杨树移植一个基因的修改版本到M
醋杆菌可以让产甲烷菌产生异戊二烯合酶，进而产生异戊二烯本身
布安、卡尔和他们的同事将杨树基因封装在一个精心制作的脱氧核糖核酸分子中，这是一个质粒，由M
乙酰胆碱酯酶染色体
然后他们给产甲烷菌喂食一些它最喜欢的垃圾食品:二氧化碳、乙酸盐、甲烷、甲醇
当享用甲醇时
醋酸杆菌将4%的碳转化为可呼吸的异戊二烯，其产量比一种同类最佳细菌在强制喂食葡萄糖时的产量高出179倍
至于产甲烷菌没有其标准供应的DMAPP能否生存和生长？研究小组发现，被改造的M
acetivorans以同样的速度增长了一倍，同时产生了同样数量的甲烷
事实上，当呼吸异戊二烯时，产甲烷菌的总生物量实际上增加了
研究人员说，为了弥补这一点，工程化的产甲烷菌本质上将其基因表达和代谢重新连接到支持生长的不同能量途径中
这样，M
尽管产生了异戊二烯，acetivorans菌株仍在生长，部分原因是因为异戊二烯
“这表明，他们实际上受益于制造这种高价值的化学物质，这是因为产甲烷菌代谢和生理的特殊性，”布安说
“我们一直称之为异戊二烯原，因为它确实是一种新型生物
据我们所知，没有其他生物靠产生异戊二烯气体来生长
“这不是压力反应
这不是溢流阀
这实际上是它的生长方式
" 研究人员说，考虑到现有污水处理厂和其他生物燃料设施已经包含产甲烷菌的数量，改造它们来回收异戊二烯可能相对简单
同时，布安的实验室正在研究如何优化M
将更多的碳转化为异戊二烯
她说，到目前为止，可能“世界上只有少数几个实验室”拥有以类似方式微调产甲烷菌所需的生化和遗传专业知识
但是最近的结果表明这项工作是值得的
“能设计产甲烷菌的人不多，”布安说，“但如果你知道怎么做，它实际上工作得很好。”
而且更便宜
"
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