科學家巧用進化策略提高生物燃料生產(chǎn)效率

新華社北京7月3日電 用秸稈之類的農(nóng)林業(yè)廢棄物生產(chǎn)生物燃料堪稱一舉兩得，但生產(chǎn)效率尚需提高。科學家求助于大自然的進化規(guī)則，讓細菌在生存競爭中變得更擅長分解木糖，從而提升生物燃料制取效率。

美國亞利桑那州立大學日前發(fā)布新聞公報說，這所大學一個研究小組讓大腸桿菌生活在特殊環(huán)境中，迫使它們發(fā)酵分解木糖才能生存。繁殖150多代之后，基因突變使這些細菌分解木糖的效率提高。將突變基因移植給用于發(fā)酵的菌種后，分解效率顯著上升。

木糖是含有5個碳原子的糖，廣泛存在于植物中，秸稈、稻殼、木屑、枯草等都含有大量木糖。用這些原料生產(chǎn)生物燃料，可以避免以玉米和甘蔗為原料影響糧食生產(chǎn)的問題，還消除了農(nóng)業(yè)垃圾。但是，工業(yè)上用于發(fā)酵的大腸桿菌會優(yōu)先利用葡萄糖，只要環(huán)境中有葡萄糖在，它們就會關閉分解木糖的功能。

植物原料通常也富含葡萄糖，因此細菌分解木糖的動力和效率不足。研究小組把大腸桿菌放在只含木糖的培養(yǎng)基中，不擅長分解木糖的細菌會在生存競爭中落敗。細菌起初生長得非常緩慢，但經(jīng)過150多代的進化，它們適應了新環(huán)境，欣欣向榮地生長起來。

分析顯示，3組這樣培養(yǎng)的大腸桿菌針對同一批基因各自進行了不同的改造，都獲得了成功。其中最引人注目的改造涉及一種名叫XlyR的調(diào)控蛋白質(zhì)，僅僅兩個氨基酸開關的調(diào)整，就能使細菌高效分解木糖，抑制對葡萄糖的利用。研究人員把這個變異基因移植到工業(yè)用的大腸桿菌中，發(fā)酵4天后，產(chǎn)量增幅最多達到50％。

研究人員說，這一發(fā)現(xiàn)突破了生物燃料生產(chǎn)領域的一個重大瓶頸。他們希望與工業(yè)機構合作進行大規(guī)模應用試驗，驗證經(jīng)濟可行性。