細(xì)菌可能是能量?jī)?chǔ)存與生物燃料的關(guān)鍵

紐約州伊薩卡市——康奈爾大學(xué)生物工程師 Buz Barstow 正試圖解決一個(gè)大問(wèn)題：如何構(gòu)建一個(gè)低成本、環(huán)保的大規(guī)模系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)和回收來(lái)自風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源的能源。目前，沒(méi)有可持續(xù)的綠色能源儲(chǔ)存方法，因?yàn)殡姵貙?duì)環(huán)境有毒。

答案可能很小;一種叫做 Shewanella oneidensis 的細(xì)菌。微生物將電子帶入其新陳代謝，并利用能量制造必要的前體以“固定”碳，當(dāng)植物或生物體從二氧化碳中獲取碳并將其添加到有機(jī)分子(通常是糖)中時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。巴斯托正在努力設(shè)計(jì)一種新細(xì)菌，通過(guò)使用這些前體分子制造有機(jī)分子，如生物燃料，更進(jìn)一步。

發(fā)表在Communications Biology 上的一項(xiàng)新研究“識(shí)別 Shewanella oneidensis 中的電子攝取途徑”首次描述了 Shewanella 中的一種機(jī)制，該機(jī)制允許微生物將能量帶入其系統(tǒng)以用于其新陳代謝。

“只有極少數(shù)微生物能夠真正儲(chǔ)存可再生電力，”農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院生物與環(huán)境工程助理教授、該論文的資深作者巴斯托說(shuō)。他補(bǔ)充說(shuō)，可以固定二氧化碳的微生物甚至更少。

“我們想要制造一個(gè)，”巴斯托說(shuō)，“為了做到這一點(diǎn)，我們需要了解參與將電子帶入細(xì)胞的基因。”

在這項(xiàng)研究中，研究人員使用了一種叫做“敲除數(shù)獨(dú)”的技術(shù)，巴斯托和同事發(fā)明了這種技術(shù)，讓他們一個(gè)一個(gè)地滅活基因，以便告訴他們的功能。

Barstow 說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)很多我們已經(jīng)知道的用于從細(xì)胞中獲取電子的基因也參與了獲取電子的過(guò)程。”“然后我們還發(fā)現(xiàn)了這組全新的基因，以前沒(méi)有人見(jiàn)過(guò)這些基因需要讓電子進(jìn)入細(xì)胞。”

第一作者、辛辛那提大學(xué)微生物學(xué)助理教授 Annette Rowe 確定了這些基因促進(jìn)將電子轉(zhuǎn)移到 Shewanella 新陳代謝的途徑。

事實(shí)證明，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖類并最終轉(zhuǎn)化為生物燃料的途徑非常有效，可以擴(kuò)大規(guī)模且運(yùn)行成本低。研究人員在許多不同的細(xì)菌屬中發(fā)現(xiàn)了同源基因，使他們懷疑在地球上的生命發(fā)展光合作用之前，細(xì)菌可能采用了類似的途徑，利用氧化鐵中的電子從二氧化碳中提取碳用于制造糖。

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