位于波多黎各島東北地區(qū)的云蓋國(guó)家森林，是美國(guó)森林體系中唯一的熱帶雨林。在森林土壤中發(fā)現(xiàn)有微生物腸桿菌木質(zhì)纖維素分解菌株，可以耐受離子液體的毒性，這種液體在生物燃料生產(chǎn)中用于溶解纖維素生物質(zhì)。
據(jù)報(bào)道，近日美國(guó)聯(lián)合生物能源研究所（JBEI）通過(guò)新的實(shí)驗(yàn)方法和基因測(cè)序分析，破解了在熱帶雨林土壤中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌耐受有毒含鹽溶劑的生理機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)有望提高微生物對(duì)生物燃料生產(chǎn)過(guò)程中所使用的含鹽溶劑毒性的抵抗能力，有助于提高生物燃料的生產(chǎn)效率。
利用植物生物能量生產(chǎn)液體燃料，是未來(lái)能源技術(shù)的發(fā)展方向。這不僅可以減少溫室氣體的排放，還可以緩解全球?qū)剂系囊蕾嚒?BR>
在植物細(xì)胞壁內(nèi)儲(chǔ)存有非常豐富的糖類，我們稱之為木質(zhì)纖維素。利用該物質(zhì)生產(chǎn)的生物燃料足以滿足地球上大部分的能源需求。在通常情況下，木質(zhì)纖維素的提取非常困難，需要進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理，然后使用微生物酶進(jìn)行分解。目前，普遍使用一種離子液體，即“含鹽溶劑”來(lái)促進(jìn)纖維素的分解，但是這種溶劑是有毒的。在燃料生產(chǎn)隨后的轉(zhuǎn)換步驟中將利用大量細(xì)菌，含鹽溶劑對(duì)于這些細(xì)菌有著致命影響。
JBEI研究小組使用新的實(shí)驗(yàn)方法和基因測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，某些細(xì)菌可以存活于制造生物燃料的有毒化學(xué)品中。研究小組的領(lǐng)導(dǎo)者，勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的邁克爾·泰倫說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)，一些微生物具有耐受含鹽溶劑的天然特性，通過(guò)了解它們的耐受機(jī)制，可以顯著地提高生物燃料的產(chǎn)量。”
研究小組于5月14日在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上深入地描述了這種來(lái)自熱帶雨林土壤的腸桿菌，以及其耐受含鹽溶劑的毒性作用，并用于生物燃料的生產(chǎn)。
在自然環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的微生物，比如森林土壤中腐敗物分解后產(chǎn)生的細(xì)菌，能產(chǎn)生高效的酶用來(lái)降解纖維素，而且能夠適應(yīng)環(huán)境的壓力變化。利用這些原生細(xì)菌的有益特性，通過(guò)基因工程對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室菌種進(jìn)行改造，可以提高它們?cè)谏锶剂仙a(chǎn)過(guò)程中對(duì)有毒含鹽溶劑的耐受性，從而提高生產(chǎn)效率。
泰倫和他的研究小組分離出腸桿菌木質(zhì)纖維素分解菌株SCF1，這種細(xì)菌可以降解植物的生物質(zhì)纖維素。它們發(fā)現(xiàn)，在用于預(yù)處理木質(zhì)纖維素的高濃度含鹽溶劑中，SCF1可以保持良好的生長(zhǎng)狀態(tài)。而這種化學(xué)物質(zhì)，對(duì)于其他的細(xì)菌菌種來(lái)說(shuō)是劇毒物質(zhì)。
泰倫表示：“在研究SCF1對(duì)高濃度含鹽溶劑的耐受機(jī)制時(shí)，我們使用高通量生長(zhǎng)化驗(yàn)，并對(duì)細(xì)菌細(xì)胞膜進(jìn)行成分分析，測(cè)定它的所有變異基因。然后對(duì)SCF1的基因組進(jìn)行測(cè)序，發(fā)現(xiàn)多種代謝反應(yīng)，并將這些反應(yīng)繪成圖譜。”結(jié)果表明，SCF1之所以可以抵抗含鹽溶劑的毒性是因?yàn)槠渥陨砜梢哉{(diào)節(jié)細(xì)胞膜的成分，降低細(xì)胞滲透性，并增加一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)，在有毒化學(xué)物質(zhì)侵害細(xì)胞之前，將毒素泵出細(xì)胞。
泰倫認(rèn)為，應(yīng)該加大對(duì)微生物發(fā)現(xiàn)和分析的力度，那些性質(zhì)類似SCF1的微生物，將為生物燃料工業(yè)帶來(lái)極大利益。并且，這些研究成果可以作為耐受離子液微生物基因工程的基礎(chǔ)，在未來(lái)設(shè)計(jì)出離子溶劑耐受性更強(qiáng)的微生物，從而創(chuàng)造更高效的生物燃料生產(chǎn)工藝。
來(lái)源：中國(guó)能源報(bào)
