以大自然為靈感,科學家開發新方法生產化學物質

作者 | 發布日期 2020 年 01 月 07 日 21:34 | 分類 生態保育 , 生物科技 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


生活中使用的化學藥品、塑膠和纖維許多都得仰賴化石燃料生產,但化石燃料需要開採、供應有限,還可能破壞大自然的碳循環。透過向自然界生物借鑑,倫敦帝國理工學院(Imperial College London)科學家成功嘗試了一項新技術,有望做為未來高效、環保生產化學物質的替代方案。

以目前來說,除了使用化石燃料,生產化學物質的另一種替代方法是利用基因工程技術編碼大腸桿菌(E. coli)、藍綠藻等微生物,讓它們持續利用大氣中的二氧化碳生產化學物質。但透過這種方式生產的許多化學物質都對微生物本身有毒,這也造成了成本與生產力上的負擔。

在刊載於《美國國家科學院院刊》(PNAS)的研究中,帝國理工學院研究人員參考自然界中生物處理自身有毒化學物質的方式,並成功在一次嘗試中使轉殖細菌達到了「生產又不傷身」的目標。

研究作者、生命科學系首席研究員 Patrik Jones 表示,團隊試著從大自然的角度出發,研究它們為保護自己做了什麼努力,再試著同樣運用於生物技術中,為人類帶來好處。

在自然界中,像酵母和植物一樣的有機體有時會產生對自身有毒的化學物質,為了安全的保存這些東西,生物會對化學物質進行些微調整,來使其變得無害,這些化學物質被稱為「衍生物」(derivative),可以通過相對簡單的化學反應恢復為原始的有毒形式。

透過複製這個概念,團隊先是利用基因工程編碼了大腸桿菌和藍綠藻,使其目標生產目前用於香水的化學物質「正辛醇」(1-octanol),接著再在大腸桿菌的編碼中加了一些調整,讓它生產另 2 種對自身危害較小的正辛醇衍生物。研究人員預期,當進入工業系統使用時,編碼後的細菌將先產生衍生物,之後才會回收並化學轉化回正辛醇作為使用。

結果顯示,這項設計確實能夠在產生正辛醇之餘,也不會影響細菌本身的生長。除此之外,團隊還發現了另一項好處:比起原本的基因轉殖細菌來說,有衍生物步驟的系統生產的正辛醇更多,團隊推論,這可能與衍生物的毒性較低,且更容易溶於周遭的溶劑中有關。

「溶解性更強的化學物質可能更快遠離細胞,減少對細菌任何反應過程的干擾」。

在展示概念後,團隊計畫未來能建立從生產衍生物到化學物質回收的完整系統,改進流程並持續擴大規模以用於工業環境。

一但能夠進入實用,這項概念可以協助生產有用的化學藥品、塑膠甚至燃料,減少對化石燃料的需求,從而減緩對氣候變化造成的影響。

(首圖來源:pixabay