細菌因分解乳糖製造酸奶和分解糖製造啤酒而聞名。現在，由美國西北大學和LanzaTech公司領導的研究人員已經利用細菌來分解廢棄的二氧化碳來製造有價值的工業化學品。
在一項新的試驗研究中，研究人員選擇、設計和優化了一種細菌菌株，然後成功地證明了它將二氧化碳轉化為丙酮和異丙醇（IPA）的能力。
這種新的氣體發酵工藝不僅能從大氣中清除溫室氣體，而且還能避免使用化石燃料，而生成丙酮和IPA通常需要使用化石燃料。在進行生命周期分析后，該團隊發現，如果廣泛採用，與傳統工藝相比，這種負碳平台可以減少160%的溫室氣體排放。
這項研究將於2022年2月21日發表在《自然-生物技術》雜誌上。
該研究的共同第一作者、西北大學的Michael Jewett說：“不斷加速的氣候危機，加上快速的人口增長，給人類帶來了一些最緊迫的挑戰，所有這些都與整個生物圈有增無減的二氧化碳釋放和累積有關。通過利用我們與生物學合作的能力，在可持續和可再生的基礎上，在需要的地方和時間製造需要的東西，我們可以開始利用現有的二氧化碳來改變生物經濟。”
Jewett是西北大學麥考密克工程學院化學和生物工程的Walter P. Murphy教授，以及合成生物學中心的主任。他與Michael Koepke和Ching Leang共同領導了這項研究，他們都是LanzaTech的研究人員。
必要的工業散裝和平台化學品、丙酮和IPA幾乎隨處可見，其全球市場總額高達100億美元。IPA被廣泛用作消毒劑和防腐劑，是世界衛生組織推薦的兩種消毒劑配方之一的基礎，對殺死SARS-CoV-2病毒非常有效。而丙酮是許多塑料和合成纖維的溶劑，可稀釋聚酯樹脂、清潔工具和指甲油去除劑。
雖然這些化學品非常有用，但它們是由化石資源產生的，導致了氣候變暖的二氧化碳排放。
為了更可持續地製造這些化學品，研究人員開發了一種新的氣體發酵工藝。他們從LanzaTech公司設計的厭氧菌– Clostridium autoethanogenum開始。然後，研究人員使用合成生物學工具對該細菌進行基因改造，使其發酵二氧化碳以製造丙酮和IPA。
Jewett說：“這些創新，在指導菌種工程和優化途徑酶的無細胞戰略的引導下，將生產時間加快了一年多。”
西北大學和LanzaTech團隊相信，所開發的菌種和發酵過程將轉化為工業規模。這種方法也有可能被應用於創造簡化的流程，以產生其他有價值的化學品。
LanzaTech公司首席執行官Jennifer Holmgren說：“這一發現是避免氣候災難的一個重要步驟。今天，我們的大多數商品化學品完全來自新的化石資源，如石油、天然氣或煤炭。丙酮和IPA是兩個例子，其全球市場總額為100億美元。開發的丙酮和IPA途徑將通過關閉碳循環來加速其他新產品的開發，以便在多個行業中使用這些產品。”