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真菌靛藍新技術(shù),助力牛仔綠色發(fā)展!

2019-7-11 7:56:54 6100

  

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,但每隔一段時間,機會就會早早出現(xiàn)。美國能源部聯(lián)合生物能源研究所(JBEI)的一個團隊就是這樣一個例子。該團隊在研究基于微生物的生物制造時,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)的藍色顏料環(huán)保生產(chǎn)平臺。與合成靛藍(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主工程團隊的首席研究員Aindrila Mukhopadhyay說:最初是從植物中提取的靛藍,現(xiàn)在使用的大多數(shù)靛藍都是合成的,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)生大量危險廢物。通過研究,現(xiàn)在有了一種有效生產(chǎn)藍色顏料的方法,這種顏料使用廉價、可持續(xù)的碳源,而不是粗糙的前體,到目前為止,該平臺兌現(xiàn)了擴大商業(yè)市場規(guī)模的許多承諾。重要的是,這些市場對科學(xué)家們希望供應(yīng)的東西已經(jīng)有了相當大需求。

    在與紡織業(yè)的許多主要利益相關(guān)者會面后,該團隊發(fā)現(xiàn),由于客戶越來越意識到傳統(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,碰巧工程生物平臺工作得很好。當研究小組開始測試一種名為紅孢子蟲,耐受性強的真菌如何表達非核糖體肽合成酶(NRPSs)時,這個故事就開始了。

    NRPSs是細菌和真菌用來組裝重要化合物的大型酶,科學(xué)家們通過將細菌NRPS插入其基因組來檢測這種真菌的NRPS表達能力,選擇了一種NRPS,這種NRPS能將兩種氨基酸分子轉(zhuǎn)化為靛苷(一種藍色),從而更容易判斷菌株工程是否奏效,很簡單,當它發(fā)生時,會變成藍色。在這個實驗中,靛藍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,為有價值的有機化合物(如生物燃料)創(chuàng)建生物合成制造途徑。

    并評估真菌是否代表了生產(chǎn)這些化合物的良好宿主物種,但是當培育了基因工程菌株,看到了這種藍色的培養(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,靛嘌呤的平均效價為86克,將其命名為藍花,其產(chǎn)量是迄今為止所報道最高的(包括JBEI團隊在內(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,該研究還成功地實現(xiàn)了最初目標,即為其他nrps提供潛在的生產(chǎn)途徑——這比任何單一產(chǎn)品都更有價值。這些復(fù)雜的酶有多個亞基,每個亞基在將較小分子組裝成化合物的過程中發(fā)揮著獨特而可預(yù)測的作用。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)計酶,以生產(chǎn)目前難以制造的先進生物產(chǎn)品。一大挑戰(zhàn)是找到一種微生物來有效地表達這種酶,這個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)