真菌靛藍(lán)新技術(shù)，助力牛仔綠色發(fā)展！
2019-7-11 7:56:54
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通常情況下，基礎(chǔ)科學(xué)研究結(jié)果離可以立即向公眾推出的產(chǎn)品還有許多步之遙，但每隔一段時(shí)間，機(jī)會(huì)就會(huì)早早出現(xiàn)。美國能源部聯(lián)合生物能源研究所(JBEI)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)就是這樣一個(gè)例子。該團(tuán)隊(duì)在研究基于微生物的生物制造時(shí)，采用了開箱即用的思維方式，直接開發(fā)出了一種名為靛玉苷(indigoidine)的藍(lán)色顏料環(huán)保生產(chǎn)平臺(tái)。與合成靛藍(lán)(世界各地用于給牛仔布和許多其他物品上色的一種染料)一樣，鮮艷的飽和色調(diào)與之相似。
領(lǐng)導(dǎo)JBEI主工程團(tuán)隊(duì)的首席研究員Aindrila Mukhopadhyay說：最初是從植物中提取的靛藍(lán)，現(xiàn)在使用的大多數(shù)靛藍(lán)都是合成的，這些工藝既高效又便宜，但它們往往需要有毒化學(xué)物質(zhì)，產(chǎn)生大量危險(xiǎn)廢物。通過研究，現(xiàn)在有了一種有效生產(chǎn)藍(lán)色顏料的方法，這種顏料使用廉價(jià)、可持續(xù)的碳源，而不是粗糙的前體，到目前為止，該平臺(tái)兌現(xiàn)了擴(kuò)大商業(yè)市場(chǎng)規(guī)模的許多承諾。重要的是，這些市場(chǎng)對(duì)科學(xué)家們希望供應(yīng)的東西已經(jīng)有了相當(dāng)大需求。
在與紡織業(yè)的許多主要利益相關(guān)者會(huì)面后，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，由于客戶越來越意識(shí)到傳統(tǒng)染料的影響，許多公司都渴望獲得更可持續(xù)的顏料來源。社會(huì)似乎正在發(fā)生轉(zhuǎn)變，人們想要更好的生產(chǎn)日常產(chǎn)品的過程，這正是JBEI試圖做的，使用來自生物系統(tǒng)的工具，碰巧工程生物平臺(tái)工作得很好。當(dāng)研究小組開始測(cè)試一種名為紅孢子蟲，耐受性強(qiáng)的真菌如何表達(dá)非核糖體肽合成酶(NRPSs)時(shí)，這個(gè)故事就開始了。
NRPSs是細(xì)菌和真菌用來組裝重要化合物的大型酶，科學(xué)家們通過將細(xì)菌NRPS插入其基因組來檢測(cè)這種真菌的NRPS表達(dá)能力，選擇了一種NRPS，這種NRPS能將兩種氨基酸分子轉(zhuǎn)化為靛苷(一種藍(lán)色)，從而更容易判斷菌株工程是否奏效，很簡(jiǎn)單，當(dāng)它發(fā)生時(shí)，會(huì)變成藍(lán)色。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，靛藍(lán)本身并不是研究小組的主要興趣所在。相反，關(guān)注的是更大的圖景：探索如何利用這些酶的裝配線功能，為有價(jià)值的有機(jī)化合物(如生物燃料)創(chuàng)建生物合成制造途徑。
并評(píng)估真菌是否代表了生產(chǎn)這些化合物的良好宿主物種，但是當(dāng)培育了基因工程菌株，看到了這種藍(lán)色的培養(yǎng)物，研究人員就知道發(fā)生了一些不可思議的事情。在每升生物反應(yīng)器培養(yǎng)物中，靛嘌呤的平均效價(jià)為86克，將其命名為藍(lán)花，其產(chǎn)量是迄今為止所報(bào)道最高的(包括JBEI團(tuán)隊(duì)在內(nèi)的其他研究小組已經(jīng)使用不同的宿主微生物合成了靛玉苷)。更重要的是，破紀(jì)錄的產(chǎn)量是通過使用來自可持續(xù)植物材料的營養(yǎng)和前體投入培養(yǎng)過程獲得。
以前的方法需要更昂貴的投入，但產(chǎn)生的靛青苷量只有現(xiàn)在的十分之一左右。除了靛玉定的潛在應(yīng)用，該研究還成功地實(shí)現(xiàn)了最初目標(biāo)，即為其他nrps提供潛在的生產(chǎn)途徑——這比任何單一產(chǎn)品都更有價(jià)值。這些復(fù)雜的酶有多個(gè)亞基，每個(gè)亞基在將較小分子組裝成化合物的過程中發(fā)揮著獨(dú)特而可預(yù)測(cè)的作用。JBEI和beyond科學(xué)家們熱衷于利用NRPSs的樂高積木樣功能來設(shè)計(jì)酶，以生產(chǎn)目前難以制造的先進(jìn)生物產(chǎn)品。一大挑戰(zhàn)是找到一種微生物來有效地表達(dá)這種酶，這個(gè)東道主有巨大的潛力來滿足這種需求。
（來源：上海國際紡織工業(yè)展）
