一项微生物研究表明,利用牛消化草,可以带来更好的方法,用于生产纤维素生物燃料。
以农林废弃物、木屑、草为原料制成的生物燃料有望更加经济,胜过以玉米、甘蔗和其他粮食作物为原料生产的生物燃料。
纤维素生物燃料生产,首先是将纤维素(cellulosic)和木质素(lignin)形成的坚硬植物材料分解为糖,然后,使糖发酵,得到燃料。但是,目前的生产过程需要大量的酶来降解纤维素,成本昂贵。“我们在谈的是卡车载重量,我们必须降低酶的成本二至五倍。”弗朗西斯•阿诺德(Frances Arnold)说,她是加州理工大学(Caltech)化学工程教授,没有参与这项奶牛研究。
比较而言,这些微生物存活于部分牛消化道,就是所谓的瘤胃(rumen)中,可有效地将纤维素分解成糖,这已经有几百万年了。研究人员希望,牛消化道微生物的2万8千个新基因序列数据库,有助于工程师们寻找新的酶,降低生产纤维素生物燃料的成本。
到目前为止,生产商降低纤维素酶(cellulolytic enzymes)的生产成本,主要途径是改变生产工艺。另一种方法是提高酶的效率,或者改变酶的使用条件,比如最高使用温度,这也可能有助于植物物质分解。“要想降低生产纤维素生物燃料的成本,我们就需要新的更高效的酶。”奶牛-微生物研究项目负责人艾迪•鲁宾(Eddy Rubin)说,他是美国能源部联合基因组研究所(Department of Energy Joint Genome Institute)主任。
所面临的难题是,地球上估计有99.9%的微生物不能在实验室进行培养,其中包括牛瘤胃中的微生物。所以,生物研究者们在寻找可产业化的天然微生物酶,他们所研究的材料库是非常有限的。有幸的是,新的基因测序技术正在改变这一切,科研人员要发现新的微生物酶,查找它们基因就行。微生物无需实验室培养,科研人员可以对整个生态系统中存在的所有遗传物质进行测序,然后,从数据中筛选出感兴趣的基因。这种类型的研究称为宏基因组学(metagenomics)。
2007年,鲁宾研究小组为了找到更优的纤维素酶,开始对白蚁(termites)进行研究。寄居在白蚁肠道中的微生物,使木质粗饲料发酵,分解成糖。鲁宾说,白蚁的麻烦是,“难以获得很多材料进行加工,”因为白蚁肠道很小。这项研究并没有得到很多全长基因(full-length genes),但需要这些基因来制造工作酶(working enzymes)。
奶牛生产生物燃料更有效
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