@ 2016.04.08 , 11:00
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这种酶的发现让生物燃料的研究更进一步

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图片中:Timothy Devarenne博士在实验室中使用一种常见的葡萄藻(一种绿微藻)研究它作为生物燃料的性能。

德州A&M大学AgriLife项目的科学家在研究一种被称为葡萄藻的时候,发现了一种负责制造碳氢化合物的酶。

Tim Devarenne指出该研究已经发表在《自然:通讯》最新的期刊中。这一研究可能使得科学家在植物中使用这种酶以生产大量燃料级的油。Tim Devarenne博士是德州大学城的生化学家,同时也领导该研究团队。

Devarenne的实验室有美国国家科学基金会给予的200万美元资助,并已经在藻类产油的学说上研究了4年。

“这种藻类最有意思的是它能产生大量的液态碳氢化合物,这种碳氢化合物可以用来制造汽油、煤油、柴油等燃料。”Devarenne还表示:“现在在石油中已经发现了这些由藻类产生的液态碳氢化合物,所以说,我们已经将它作为一种燃料的来源。”除了海水,我们几乎可以在世界的任何地方找到葡萄藻。Devarenne补充说:“它非常普遍,可以长在淡水或是半咸水中。它存在于世界上几乎所有的池塘和湖泊。除了南极洲没有生长,它能生长在各个大洲,并且从沙漠到高山都有它的踪迹。”

该实验室正试图解释葡萄藻如何产生液态碳氢化合物,他们希望了解其中发挥作用的基因和机制,这样他们就可以操纵这些基因生产更多的油。他们也可能将这些基因植入烟草等陆生植物中,或者植入其他生长更快的藻类中。

“有一个问题,那就是葡萄藻生长得太慢了。我们没办法小规模制造出大量的油,这就意味着我们不会使用这种藻类。葡萄藻需要一周的时间才能繁殖一代,而另一种藻类可以在6小时内繁殖一代(但是这种藻类不能产生大量的油)。”Devarenne说:“如果我们能把遗传信息从葡萄藻转移到其他繁殖更快的机体中,就可以产生大量的油为我们所用。”

但是研究人员首先要做的是搞明白哪些基因促使了油的生产。

“在研究中,我们对四萜类烯烃产生了兴趣,因为它可以破解生产油的生化途径。”Devarenne说,“我们发现了一种非常有趣的基因可以产生萜类合酶(LOS),这种酶可以发动油的生成。所以我们选择研究这条途径。”

Devarenne表示,当他们进一步观察时发现这种酶的结构错乱,存在许多不同种类的物质、底物,这种结构能产生不同的产物。

“虽然在自然界中经常发现这种情况,但是对于碳氢化合物和酶,这样的能力是独一无二的。”他强调,“我们能够确定,这种藻类的酶能够合成几种不同的类碳氢化合物。”

这个项目成员包括了Devarenne在德州A&M大学的研究生Hem Thapa、同事Mandar Naik,还有东京大学的Shigeru Okada和Kentaro Takada、亚利桑那大学农业与生命科学学院的Istvan Molnar、中国农业科学院的徐玉泉。

“我们曾想象这种酶具有怎样的功能,但是令我们吃惊的是,这种酶可以利用3种不同的底物,并且它能组合这些分子,”Devarenne说,“有些底物有20个碳长,有些底物有15个碳长。我们将这些底物与酶混合,然后两个20碳长的分子合成为40碳长的分子,两个15碳长的分子合成为30碳长的分子,或者一个20碳长分子与一个15碳长分子合成为25碳长的底物。”

Devarenne解释说,这种酶与其他类似的酶的不同之处不只是这些,更重要的是其他类似的酶只能使用15碳底物。就燃料而言,从高碳分子开始合成更好。

研究团队测出了机体产生碳氢化合物所需的有用的基因序列。Molnar表示,通过对基因序列进行生物信息学分析,使得我们能够查明一个基因是否对发动碳氢化合物的生物学合成具有恰当的作用。

“现代测序技术与先进的生物信息学算法相结合,逐渐使得我们发现许多机体的生化潜力,虽然它们当中很多有机体不能在实验室条件下生长。”Molnar强调,“这种技术被称为‘基因组挖掘技术’,该技术使得我们能够进一步得研究我们感兴趣的酶,而这些酶可能在以后的日子里被应用在卫生保健、农业或者许多化学领域,或者像现在这样应用到生物燃料的生产。”

“我们离商业制造还有很长的一段路要走,我们下一步是完成这一途径的破解。”Devarenne说,“我们已经确定第一步:合成出40碳长的碳氢化合物。我们还有一些即将研究的基因,我们现在才刚开始认识它们。”

即使对这些基因已经有了更全面的了解,科学家还要找到合适的有机体并将基因植入其中,调整植入的过程,并且尽可能地生产更多的油。他认为,所有这些过程都需要大量的研究和时间。

而且,当油价暴跌,政府对可替代能源的支持就会减少。

Devarenne说:“(支持研究的)资金就像一列过山车,它的涨跌取决于油价。但是我们相信,我们应该制造生物燃料并替代石油。而在我们的脑海中,只因油价的涨跌而关心燃料供应,这是不对的。不管什么情况,我们都应该追求这一目标(制造生物燃料并替代石油)。”

本文译自 EurekAlert,由译者 Vertebrae 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 15+1

  1. 金属漆
    @2 years ago
    3105481

    转基因太神了把基因转到牛身上让牛去生产石油好不

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  2. edwin1315
    @2 years ago
    3105488

    今天能源队,虚拟现实队,医药队都在发力啊。莫非是局点?

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  3. 3105489

    电池革命队落后了呀要努力

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  4. 3105493

    新能源你们不肯拿中东大佬的养老钱,还拼命砸人饭碗,不怕中东大佬把你们灭口吗

  5. 仙仁长
    @2 years ago
    3105495

    现在看来 新能源的前景还没有一个能和核能比的

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  6. lbSeevdo
    @2 years ago
    3105501

    虽然石油的逐渐短缺让人们越来越难受,这种可以产油的藻类是个美好的希望。不过有一点很重要,最终的成品必须在养殖条件下才能存活。如果在自然环境中都是个BUG一样的存在,那将是一场灾难。但是又有个问题,如果养殖条件太苛刻,那生产成本又下不来,挺矛盾的一件事。

  7. 煎蛋大宝剑
    @2 years ago
    3105539

    养水藻产油,怎么有种地方台加盟广告的感觉,不过老实说希望是好的,最后结果是不是骨感的完全拼天时地利人品以及方向对不对,多种选择总是好的

  8. NoisyStars
    @2 years ago
    3105549

    @lbSeevdo: 如果造出了能在自然条件下就能大量繁殖的产油藻类,估计很快就会进化出专吃这种油藻的生物,从而达到新的平衡;当然,更可能的情况是自然条件下的油藻会退化:多出的油对藻类来说是没用的,相关生理过程反倒是负担,会被自然地淘汰掉。
    关于养殖条件是否会过于苛刻,这问题本身也是研究的内容之一啊!从另一个角度看,不是已经有了产油的藻类——文中提到的葡萄藻吗?并且还是纯天然物种,但问题就是养殖利用条件太苛刻:繁殖速度太慢,成本太高;而文中所说的继续研究,不就是要研究怎么才能提高产量、降低成本吗?

  9. lbSeevdo
    @2 years ago
    3105591

    @NoisyStars: 关键是你说的很快有时并不是一个很短的时间,现在这么多外来入侵物种,除非它们破坏了一个生态系统的物质能量循环的基础,按照大自然的调节能力,重新形成平衡是必然的。可是这一过程付出的代价就不一定是可接受的了,而且也很难说最后形成的平衡就一定对人类不痛不痒。
    其实要想养殖条件不苛刻,就得要求生存繁殖能力强,为了追求产出又要求相关生理反应要快。这样的生物流失到自然界某个生态系统里,必定抢占大量生存资源,虽说最后可能耗尽资源而亡,或者壮大了下一个营养级的捕食者,但是对于相同营养级的其他生物,前一级的生物(本文的藻类没有前一级)可就是灭顶之灾。

  10. 神响
    @2 years ago
    3105597

    癌症队和长生不老队表示淡定。

  11. 你在逗我吗
    @2 years ago
    3105608

    只要把基因全部解码就OK了,剩下的就像写个程序一样简单,测试BUG,发布beta,投入使用

  12. 奥拉拉
    @2 years ago
    3105730

    太危险了,要是这细菌泄露到大自然,那不是到处要起火了吗。

  13. 木头
    @2 years ago
    3105788

    @F: 绿绿打仗水平有多么弱鸡 也算是全球闻名了
    何况能点出新能源科技树的都是流氓头子 巴不得王爷国们快点跳反

  14. edmundlyy
    @2 years ago
    3105826

    什么时候能发现一种能高效转换纤维素成为乙醇的酶,能源危机就有救了

  15. alpha_boy
    @2 years ago
    3107189

    农科院威武霸气~~石油侧漏~~

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