将碳转化为关键的化学物质与细菌

AZoM迈克尔·朱厄特说,西北大学研究员,关于小说过程用细菌来捕捉二氧化碳并将其转换为有用的商业化学品丙酮和异丙醇。这可以使我们更接近一个圆形bioeconomy在化学部门。

请,你能介绍你自己和你来研究生物技术如何?

我的名字是迈克尔·朱厄特。我是西北大学化学和生物工程教授,我也直接合成生物学中心的地方。我一直热爱化学、生物学、化学工程和数学,这让我作为一个学科。

在斯坦福大学的一个博士生,我开始在生物技术研究,曾与吉姆•斯沃茨在Genentech开始前他的学术生涯。从那时起,我寻求的方法从根本上推进和应用我们的技术能力与生物学合作所需要的,需要的时间和地点,在一个可持续的和可再生的基础。

越来越多的研究集中在应对气候危机,如何重要的是碳排放的控制这些努力吗?

我们有一个气候紧急,所有有关有增无减释放和积累的二氧化碳在大气中。

解决方案无碳、可再生能源存在的生产,但我们周围的大多数事情,日常用品都是基于碳氢化合物的化学物质产生新的化石来源。

因此,我们需要开发新的减碳策略使化学品和产品。这是重要的战斗气候危机,微生物可以解决一些toughest-to-decarbonize行业。

在最新的研究中,一个细菌菌株是优化设计,可以将二氧化碳转化为丙酮和异丙醇。你能概述的过程是可能的吗?

我们的过程是基于一个特殊微生物(autoethanogenum梭状芽胞杆菌),能够以氧化碳气体。这个过程类似于啤酒和葡萄酒的发酵,但代替糖和酵母,我们使用废气和微生物。

微生物c . autoethanogenum自然是能够从这些废气生产乙醇,而且LanzaTech已经成功运营两个商业植物排放的重工业转化为乙醇。迄今为止超过30加仑乙醇的生产和避免超过150000吨的二氧化碳。

我们实现我们的目标使用合成生物学,它允许研究人员重组社会良好的生物(例如酵母工程产生抗疟药青蒿素)。而基因工程是现在在酵母或定期进行大肠杆菌,与我们合作的微生物被认为是基因无法只是十年前。因此,新工具的出现是我们工作成功的关键。

是什么启发了你考虑使用细菌碳转换器?

我们认为细菌因为一些已经自然碳转换器。在这种情况下,我们只需要重新编程细菌生产一个新的可持续的产品。我们用生物学的过程(即。、碳固定)产品从来没做过这种细菌。

你如何能够专门工程师细菌产生这些结果?

成功的生物工程生产乙醇丙酮和异丙醇,我们开发了一个新的生物系统框架设计。

在第一步,我们开采的酶,使生产丙酮或异丙醇从一个共同的中间代谢(乙酰辅酶a)。然后,我们介绍了这些基因和测试不同的变体来优化生产。

当我们第一次介绍了丙酮途径我们只看到很少丙酮生产,但令人惊讶的是其他产品,如3-hydroxybutyrate出现了。我们追踪这回到原生的介绍了丙酮途径代谢的相互作用。确定哪些部分可能非常耗时的原生新陈代谢负责。

图片来源:德米特里Kovalchuk / Shutterstock.com

使用计算分析我们可以缩小这一组15酶,但它仍然会被几个月到几年来测试这些组合。因此,我们使用工具游离(启动生化反应的能力没有生命体)加速我们的设计过程。工具使游离过程通常会采取6 - 12个月花了几个星期。

最后,我们开发了一个过程,可以稳定运行,高数周,和扩展这一过程从实验室板凳就像LanzaTech攷虑工业试验的商业种植。

如何使用丙酮和异丙醇,广泛和重要的如何清洁生产是一个圆形bioeconomy吗?

丙酮和异丙醇是重要的商品化学品与建立市场> 100亿美元。例如,工业溶剂分子以及平台化学品的生产材料,如有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)和聚丙烯。亚博网站下载

这些分子的一个关键特性是,他们可以使用类似的技术来分离乙醇,它允许我们使用相同的植物基础设施LanzaTech和切换产品(例如,从乙醇丙酮或异丙醇)通过简单地改变微生物。这是化工的范式转变,在植物通常是特地为特定产品和生产无法轻易改变。我们相信这种方法对循环经济具有重要意义。

多么重要你相信这双重的贡献的二氧化碳减排和清洁化工生产将减少全球碳排放?

这是非常重要的。工程菌发酵空气中的二氧化碳产生丙酮和异丙醇的化学物质。制造这些化学物质使用常规流程结果~ 2公斤的二氧化碳的排放量/公斤产品以及其他有毒废物的积累,在现在,没有可持续发展,绿色化学。我们已经开发出一种过程,使“减碳制造这些化学物质,有效地把大气中的二氧化碳和锁定~ 1.5千克的二氧化碳每公斤到产品生产。

有什么局限性有待克服的发酵过程?

我们需要证明过程超出试点规模。此外,我们很好奇,看看我们的方法很容易适应各种商品的化学物质。

个人最令人兴奋的是什么或重要方面的研究吗?

最让人兴奋的是,我们相信这里开发的框架将提供一个蓝图的发展进一步减碳化工生产过程。

更广泛地说,我们的工作凸显出合成生物学有潜力成为一个全球战略的核心支柱,使人类和地球在伙伴关系蓬勃发展。

研究小组的下一步是什么?你会继续研究清洁生物技术?

我们在扩大该技术的过程。商业化的愿景是将建立ethanol-producing气发酵设备product-flexible生产厂。通过交换ethanol-producing微生物目前部署在我们的商业气发酵设备,与丙酮的新微生物编程或丙醇生产,我们可以立即增加单个设备的系列的产品。

这种产品的灵活性将使核电站运营商能够让市场决定哪些产品随时关注。

读者在哪里可以找到更多的信息?

概念证明的范围广泛的分子已经被证明在这些生物,如。https://doi.org/10.1016/j.copbio.2020.02.017

手稿,https://www.nature.com/yabo214articles/s41587 - 021 - 01195 - w

LanzaTech -https://www.lanzatech.com/

朱厄特的实验室,http://jewettlab.northwestern.edu/

故事:

https://www.nature.com/yabo214articles/d41586 - 022 - 00488 - 7

https://www.亚博老虎机网登录science.org/content/article/microbes-convert-industrial-waste-gases-commodity-chemicals

https://www.newscientist.com/article/2309078-engineered-bacteria-produce-chemicals-with-negative-carbon-emissions/

关于迈克尔·朱厄特

迈克尔·朱厄特的查尔斯-迪尔岭麦考密克教授教学卓越的沃尔特·p·墨菲化学和生物工程教授,西北大学合成生物学中心主任。朱厄特博士2005年斯坦福大学获得博士学位,完成博士后研究中心的微生物生物技术在丹麦和哈佛医学院,是瑞士联邦理工学院的客座教授(苏黎世联邦理工学院)。他是美国国立卫生研究院的受体通路独立奖,戴维和露西尔帕卡德奖学金在科学和工程学,Camille-Dreyfus Teacher-Scholar奖和国家奖入围了布拉瓦尼克的年轻科学家,等等。亚博老虎机网登录他是创始人之一SwiftScale生物制剂、Stemloop Inc .珍珠生物药品和设计。朱厄特的同胞AIMBE AAAS,奈。