華盛頓特區(qū) - 2021 年 9 月 10 日- 英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了大腸桿菌，?利用氫氣 (H2) 將二氧化碳 (CO2)轉(zhuǎn)化為甲酸。今天發(fā)表在《應(yīng)用與環(huán)境微生物學(xué)》上的這項(xiàng)研究提出了將大氣 CO2轉(zhuǎn)化?為商品化學(xué)品的可能性。
通常，?大腸桿菌中的?酶催化該反應(yīng)的逆過程——?從甲酸生產(chǎn) H2?和 CO2。在自然界中，后者最為人所知的是螞蟻用來抵御捕食者的一種醋復(fù)合螞蟻(Formic 來自拉丁語“formica”，意思是螞蟻。)
為了逆轉(zhuǎn)大腸桿菌中的正常反應(yīng)?，研究人員讓細(xì)菌將鉬(一種通常是酶的關(guān)鍵部分的金屬)換成鎢，方法是讓細(xì)菌生長過量的鎢。“這很容易做到，因?yàn)?大腸桿菌?不能輕易區(qū)分兩者之間的區(qū)別，”首席研究員弗蘭克薩金特說。
“將鎢換成鉬改變了我們酶的特性，因此它被鎖定在 CO2?捕獲模式，而不是能夠在 CO2?捕獲和 CO2?生產(chǎn)之間切換，”Sargent 博士說。
研究人員使用一種特殊的加壓生物反應(yīng)器，其中充滿了 H2?和 CO2?以使微生物可以使用這些氣體。“它起作用了——細(xì)菌可以在氣壓下生長并從 CO2 中產(chǎn)生甲酸，”薩金特博士說。
他說，薩金特博士通過閱讀有關(guān)地球上生命出現(xiàn)的信息，無論是在原始文獻(xiàn)還是科普書籍中，發(fā)展出這個想法。三五十億年前，大氣中沒有氧氣，但 CO2?和 H2含量很高，細(xì)胞生命開始在海面以下 10,000 米處進(jìn)化。
那時，這些化合物需要轉(zhuǎn)化為所有生命賴以生存的碳水化合物。薩金特博士說，這可以通過一種酶“例如我們在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的?酶，將二氧化碳?xì)浠捎袡C(jī)酸”來實(shí)現(xiàn)。“我們想在實(shí)驗(yàn)室里試試這個。”
“在世界各地，社會都了解應(yīng)對氣候變化、開發(fā)可持續(xù)能源和減少浪費(fèi)的重要性，”薩金特博士說。“減少二氧化碳排放需要一攬子不同的解決方案。生物學(xué)和微生物學(xué)提供了一些令人興奮的選擇。”
“最終目標(biāo)是?使用來自生物氫的可再生氫氣——如在本研究中——或由可再生電力提供動力的電解來捕獲浪費(fèi)的 CO2，并將其轉(zhuǎn)化為甲酸，”薩金特博士說。“關(guān)鍵是微生物使用甲酸鹽作為其唯一的碳源。然后我們可以制造燃料、塑料或化學(xué)品。這是一個真正循環(huán)生物經(jīng)濟(jì)的愿景，其中 CO2?不斷產(chǎn)生、捕獲并返回市場。”
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