新环保方法利用细菌制造合成橡胶中使用的化学物质

图 1：显示由细菌产生的 1,3-丁二烯的照片。来源：©2021横滨橡胶

微生物被设计用来将糖转化为轮胎中的化学物质。

由于四位 RIKEN 研究人员发现了一种利用细菌制造合成橡胶中使用的化学物质的新环保方法，轮胎行业未来的环境足迹可能会大大缩小。

每年，世界各地的工厂生产超过 1200 万吨有机化学品 1,3-丁二烯，用于轮胎、粘合剂、密封剂以及其他塑料和橡胶产品。他们通过依赖石油的能源密集型工艺生产它，这会导致气候变化。

RIKEN 可持续资源科学中心的研究人员设计了微生物，将糖转化为合成橡胶中的化学物质。图片来源：© 2021 RIKEN 可持续资源科学中心

多年来，科学家们一直在尝试通过使用专门设计的微生物，从更环保的起始材料中制造 1,3-丁二烯。但是以前没有人成功地通过一个简单的步骤将一种简单的糖（如葡萄糖）转化为化学物质。

现在，通过改造细菌将葡萄糖转化为 1,3-丁二烯，Yutaro Mori 和他的三位同事（都在 RIKEN 可持续资源科学中心）设计了一种可持续的橡胶和塑料生产方法。

“我们构建了一种新的人工代谢途径，并直接从可再生资源——葡萄糖中生产 1,3-丁二烯，”Mori 说。

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RIKEN 团队通过专注于生物制造过程的两个部分，成功实现了这一长期追求的目标。他们首先设计了一种细菌酶，该酶可以将一种生物化合物从葡萄糖转化为 1,3-丁二烯（图 1）。然后，研究人员修改了一种大肠杆菌菌株以使用这种酶并生产这种化学物质。由于 1,3-丁二烯在室温下是一种气体，因此随着细菌继续分裂和生长，它很容易被捕获。

在为工业黄金时段做好准备之前，这项技术还有很长的路要走。RIKEN 团队设法在每升微生物啤酒中仅合成约 2 克 1,3-丁二烯。要使该方法与基于石油的生产具有成本竞争力，将需要更多的量。

但是通过一些额外的工程和优化，Mori 相信他的团队会到达那里。他们现在正在进一步调整细菌的代谢途径并提高酶的效率。通过与 Yokohama Rubber 和 Zeon Corporation 公司的合作，RIKEN 团队还扩大了该协议以处理更大量的微生物。

研究人员还在探索利用微生物的力量从可再生资源中生产其他化学物质的方法。“在对酶工程和代谢工程进行了额外的研究之后，我希望我们能够在不远的将来为实现低碳社会和可持续的生物经济做出重大贡献，”森说。

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参考文献：“通过定制的阿魏酸脱羧酶突变体在大肠杆菌中直接生物合成 1,3-丁二烯”，作者 Yutaro Mori、Shuhei Noda、Tomokazu Shirai 和 Akihiko Kondo，2021 年 4 月 13 日，Nature Communications。DOI: 10.1038/s41467-021-22504-6