坚韧的小虫子砸碎了我们与可持续生物燃料之间的隔墙

今年以来，有关生物燃料与食物的辩论确实受到了关注，尤其是在美国，历史性的毁灭性干旱使玉米乙醇受到挤压。多年生草和灌木柳等更具可持续性的生物燃料作物正在开发中，但是像这样的植物中的糖却被锁在坚硬的木质细胞壁后面，获取它们的过程可能是昂贵的。现在，布朗大学的研究人员发现了一种名为链霉菌的细菌，可以将其部署为微观的“生物精炼厂”以完成工作。他们的工作结果已发表在《核酸研究》杂志上。

细菌生物燃料

借助牛粪等柔软的生物质，基于微生物的生物燃料工艺可能相对快速且廉价，并且在农业部AgStar计划的推动下，该工艺已在商业上推广。微生物只是将有机物咀嚼掉，并随即释放出甲烷气体。气体可以被捕获并用于发电，或直接用于加热锅炉。

从木质生物质中获取液态生物燃料或生物燃料前体是完全不同的游戏。极少的微生物能消化木质素，木质素是使木材成为木质（或草）生物质的聚合物。

伍迪生物质生产生物燃料的关键

链霉菌是那些稀有的爱好木材的微生物之一，但是知道它的作用是一回事。使其完全以商业规模运行是另一回事，有点像微生物版本的放牧猫，这取决于对该过程的详细了解。

由化学教授贾森·塞洛和生物学教授丽贝卡·佩奇（Rebecca Page）领导的布朗团队此前已经鉴定出链霉菌中编码酶的基因，细菌可以利用这些基因分解木质素。

通常，所讨论的基因处于休眠状态，但研究小组发现，当细菌暴露于富含木质素的环境中时，它们会使用一种称为原儿茶酸的化合物来打开它们的基因。研究小组进一步研究了这种现象，发现开关上的“手指”是一种叫做PcaV的蛋白质。

正如布朗作家凯文·斯泰西（Kevin Stacey）所描述的那样，研究的最新一步表明，PcaV确实像显微镜的手指一样起作用。通常，PcaV自身与DNA结合，并在物理上阻止木质素降解基因起作用。一旦暴露于木质素，PcaV就会失去对DNA的兴趣，从而暴露基因，然后基因开始表达酶。

一旦酶将木质素分解成更简单的碳化合物，其余的就很清楚了。一些碳去维持细菌，其余的转化为甘油三酸酯，然后可以加工成生物柴油或其他产品。

至于为什么在木质素存在的情况下PcaV脱离DNA的确切原因，研究小组也深入到了这一细节。他们在PcaV中鉴定出一种称为精氨酸15的氨基酸，该氨基酸在保持PcaV与DNA结合中起关键作用。在木质素存在的情况下，精氨酸15就像“分子开关”，破坏了键。

关于那柳生物燃料

链霉菌还需要很长（很长）的路要走，才能准备好商业化生物燃料的使用，但是与此同时，木质生物质已经成为一种更具可持续性的生物燃料作物，尤其是灌木柳树。

作为多年生植物，柳树解决了与年度播种有关的能源问题。它可以在对其他农作物而言微不足道的土地上种植，从而为农村财产所有者提供长期，可持续的替代方式，以替代更具破坏性的收入形式，例如天然气压裂。

柳树也是一种耐寒，抗旱的植物。实际上，至少在生物燃料生产方面，压力可能对其有益：英国研究人员发现，多风的条件触发了柳树中的一个基因，该基因可提高糖的产量，使其更易于生物燃料转化。

图片：链霉菌由布朗大学提供

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