由劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校领导的一个研究小组已经设计了细菌来生产新的自然碳产品，可以为可持续生物化学品提供强有力的途径。

这项进展 - 最近在《自然》杂志上宣布 - 使用细菌将天然酶促反应与称为“卡宾转移反应”的新自然反应相结合。这项工作有朝一日也可能有助于减少工业排放，因为它为通常依赖化石燃料的化学制造过程提供了可持续的替代方案。

“我们在这篇论文中展示的是，我们可以在细菌细胞内合成这种反应中的所有东西 - 从天然酶到卡宾。你需要添加的只是糖，其余的由细胞完成，“该研究的首席研究员兼能源部联合生物能源研究所(JBEI)首席执行官Jay Keasling说。

卡宾是高活性碳基化学品，可用于许多不同类型的反应。几十年来，科学家们一直希望在燃料和化学品的制造以及药物发现和合成中使用卡宾反应。

但这些卡宾工艺只能通过试管小批量进行，并且需要昂贵的化学物质来驱动反应。

在这项新研究中，研究人员用天然产物代替了昂贵的化学反应物，这些天然产物可以由细菌链霉菌的工程菌株产生。

由于细菌使用糖通过细胞代谢产生化学产物，“这项工作使我们能够在没有化学合成中通常使用的有毒溶剂或有毒气体的情况下进行卡宾化学，”第一作者，伯克利实验室博士后研究员Jing Huang说。 “这种生物过程比今天合成化学物质的方式更环保，“黄玲玲说。

在JBEI的实验中，研究人员观察到工程细菌代谢并将糖转化为卡宾前体和烯烃底物。该细菌还表达一种进化的P450酶，该酶使用这些化学物质来生产环丙烷，高能分子可能用于可持续生产新型生物活性化合物和先进的生物燃料。

“我们现在可以在细菌细胞内进行这些有趣的反应。细胞产生所有的试剂和辅因子，这意味着你可以将这种反应扩展到非常大的规模“以进行大规模制造，Keasling说。

黄说，招募细菌来合成化学物质也可以在减少碳排放方面发挥不可或缺的作用。根据伯克利实验室的其他研究人员的说法，近50%的温室气体排放来自化学品，钢铁和水泥的生产。政府间气候变化专门委员会最近的一份报告说，将全球变暖限制在比工业化前水平高1.5摄氏度将需要到2030年将温室气体排放量大幅减少一半。

Huang说，虽然可以设想这种完全集成的系统用于大量的卡宾供体分子和烯烃底物，但它还没有准备好商业化。

“对于每一个新的进展，都需要有人迈出第一步。在科学领域，你可能需要数年时间才能成功。但你必须继续努力——我们不能放弃。我希望我们的工作能够激励其他人继续寻找更绿色、可持续的生物制造解决方案，“黄说。