Scripps研究人员开发了增强生物燃料生产的新方法

硅藻Thalassiosira pseudonana的扫描电子显微镜图像。

通过代谢工程改造一种称为脂肪酶的减脂酶的“敲低”，圣地亚哥大学圣地亚哥分校的研究人员已经开发出一种极大地提高微小海藻中生物燃料产量的方法。

圣地亚哥加州大学斯克里普斯海洋学研究所的研究人员已经开发出一种大大提高微小海藻中生物燃料产量的方法。

正如本周《美国国家科学院院刊》在线版所报道的那样，斯克里普斯大学的研究生艾米莉·特伦塔科斯特（Emily Trentacoste）领导了对生物燃料生产中关键的增长成分进行基因工程的方法的开发。

为了减轻人类对传统化石燃料消耗的依赖，并伴随着二氧化碳浓度的上升及其对环境的破坏性影响，从生物来源中寻找经济上可行的燃料一直是个难题。

藻类生物燃料研究的一个重要障碍是脂质油的生产，脂质油是存储可以产生燃料的能量的脂肪分子。catch-22阻碍了经济上有效的生物燃料生产，因为藻类在缺乏营养时主要产生所需的脂质油。但是，如果营养有限，它们的生长就会不好。在健壮的饮食中，藻类生长良好，但它们会产生碳水化合物，而不是所需的脂质作为燃料。

为了消除脂质生产的障碍，Trentacoste和她的同事迈出了重要的一步，他们利用基因表达的数据集（实验室中称为“转录组学”）针对一组称为硅藻（Thalassiosira pseudonana）的微藻内部的一种特定酶。通过代谢工程改造一种称为脂肪酶的减脂酶的“敲低”，研究人员能够在不损害生长的情况下增加脂质。研究人员说，他们开发的转基因菌株可以在其他物种中广泛生产。

这些结果表明，有针对性的代谢操作可用于增加燃料相关分子的积累…。对增长没有负面影响。 Trentacoste说。“我们已经证明，设计这种途径是提高脂质产量的独特而实用的方法。”

“从科学上讲，这是一个巨大的成就，”斯克里普斯的海洋生物学教授，该研究的合著者马克·希尔德布兰德说。“五年前，人们说，如果不对生长造成负面影响，您将永远无法获得更多的脂质。本文显示了没有内在的障碍，并给我们带来了我们可以尝试的更多新事物的希望-它为完成更多工作打开了大门。”

除了通过增加脂质含量降低生物燃料生产成本之外，由于新研究中使用了有效的筛选过程，新方法还导致藻类生物燃料作物生产速度的提高。

作者在论文中指出：“在高经济规模上，维持高增长率和高生物量积累是藻类生物燃料生产所必须的”。

“似乎特别合适的是，Scripps-UC San Diego在藻类可持续生物燃料领域展现出如此大的领导地位，例如，鉴于该机构在气候变化中发挥着举足轻重的作用，加州藻类生物技术中心从这里开始论文的共同作者，斯克里普斯海洋生物技术和生物医学中心以及加州大学圣地亚哥分校的斯卡格斯药学与药学学院的海洋学和药学专业杰出教授威廉·格威克（William Gerwick）说。“但是这些进步并不是孤立地发生的，当前的项目很好地说明了不同实验室如何协作以取得比单个实验室更大的进步。”

除了Trentacoste，Hildebrand和Gerwick外，合著者还包括Roshan Shrestha，Sarah Smith，Corine Gle和Aaron Hartmann。在一名研究生带领研究的同时，另外两名则做出了贡献，这项研究强调了Scripps-UC圣地亚哥教育的价值以及学生在前沿研究中的领导作用。

美国国立卫生研究院，加利福尼亚能源委员会，空军科学研究所，能源部和美国国家科学基金会为这项研究提供了支持。

出版物：PNAS，2013年11月18日； Emily M. Trentacoste等人，“脂质分解代谢的代谢工程增加了微藻类脂质的积累，却不影响其生长”，PNAS，2013年11月18日。土井：10.1073 / pnas.1309299110

图像：加州大学圣地亚哥分校