工程师将酵母细胞转化为“甜原油”生物燃料

2020-11-10 123酵母菌

工程师将酵母细胞转化为“甜原油”生物燃料。美国德克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院的研究人员利用基因工程酵母细胞和普通食糖,开发出一种新的可再生能源--生物燃料。这种酵母产生的油脂,即所谓的脂类,可以用来代替石油衍生产品。

工程师将酵母细胞转化为“甜原油”生物燃料

科克雷尔学院麦凯塔化学工程系的助理教授哈尔-阿尔珀和他的学生团队一起创建了这个基于细胞的新平台。鉴于酵母细胞是在糖类上生长的,Alper称这种工艺生产的生物燃料为 "可再生版的甜原油"。

研究人员的平台通过发酵生产出了报道的最高浓度的油脂,发酵是培养细胞将糖转化为酒精、气体或酸等产品的过程。这项工作于1月20日发表在《自然通讯》上。

UT Austin研究团队能够重新连接酵母细胞,使高达90%的细胞质量成为脂质,然后可以用来生产生物柴油。

工程师将酵母细胞转化为“甜原油”生物燃料,"从这个角度来看,这个脂质值接近于许多工业生化过程中看到的浓度,"Alper说。"你可以把形成的脂质,理论上可以用来为汽车提供动力。"

研究内容

由于脂肪材料是许多家用产品的构件,所以这个过程可以用来生产各种用石油或油类制成的物品--从尼龙到营养补充剂再到燃料。由生物体生产的生物燃料和化学品是可再生能源市场中很有前途的一部分。总体而言,全球生物燃料市场有望在未来几年内翻番,从2011年的827亿美元增长到2021年的1853亿美元。

"我们采用了一株Yarrowia lipolytica的起始酵母菌株,我们已经能够将其转化为直接从糖中提取石油的工厂,"Alper说。"这项工作为可再生能源和化学来源开辟了一个新的平台。"

研究人员配制的生物燃料在成分上与用大豆油制成的生物柴油相似。利用酵母细胞生产商业级生物柴油的优势在于,酵母细胞可以在任何地方生长,不与土地资源争夺,而且比其他生物燃料来源更容易进行基因改造。

"通过对Yarrowia lipolytica进行基因重组,Alper博士和他的研究小组创造了一种接近商业化的生物催化剂,在碳水化合物发酵过程中产生高水平的生物油,"佛罗里达大学佛罗里达可再生化学品和燃料中心主任Lonnie O. Ingram说。"这是对代谢工程力量的非凡展示。"

到目前为止,生物燃料和可再生油的高水平生产一直是一个难以实现的目标,但研究人员相信,通过他们的平台,工业规模的生产是可能的。

研究成果

在为期四年多的大规模工程努力中,研究人员通过去除和过度表达影响脂质生产的特定基因,对Yarrowia lipolytica进行了基因改造。此外,该团队还确定了不同于标准条件的最佳培养条件。传统方法依靠氮气饥饿来欺骗酵母细胞储存脂肪和材料。Alper的研究提供了一种不用氮气饥饿就能生长脂质的机制。该研究已经形成了一项技术,UT Austin已经为此申请了专利。

"我们的细胞不需要这种饥饿,"Alper说。"这使得它从工业生产的角度来看极具吸引力。"

该团队将脂质水平从起点提高了近60倍。

在90%的脂质水平下,该平台生产的脂质含量是迄今为止使用基因工程酵母细胞创造的最高水平。相比之下,其他基于酵母的平台产生的脂质含量在50%到80%之间。然而,这些替代平台并不总是像UT Austin技术那样直接从糖中产生脂质。

Alper和他的团队正在继续寻找进一步提高脂质生产水平的方法,并利用这种工程酵母开发新产品。

引用

University of Texas at Austin. "Engineer converts yeast cells into 'sweet crude' biofuel." ScienceDaily. ScienceDaily, 22 January 2014. www.sciencedaily.com/releases/2014/01/140122091950.htm.

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