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2016十大新兴技术:把微生物变成化工厂

生物技术 时间:2020-10-12 02:26:18 作者:莫敖坤
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和传统石油化工不同,用微生物制造化学产品是完全可再生的,而且排放的温室气体也相对较少。

从塑料袋、衣服到化妆品和燃油,如果追溯我们每天购买和使用的东西的来源的话,你会发现大多数日常生活用品是用深埋在地下的材料制造的。

为现代生活制造产品的工厂大多用各种各样的化学产品来做原材料。而这些化学品来自于那些靠化石燃料供能的工厂,这些工厂将主要来源于石油化学产品的原料转化为其他各式各样的化合物。

如果能用生物有机体替代石油、汽油和煤炭,来制造多种工业化学原料的话,那么对环境以及全球经济来说都是好事。

我们已经开始用农业产品来制造工业原料了。比如我们穿着棉质的衣服,住在木制的房子里。不过植物并不是唯一的材料来源。

从长远看,微生物按理说能够提供更为价廉而特性多样的材料,其特性的多样性可能会超乎我们的想象。我们无须再从地下挖掘原材料,而可以在充满活体微生物的大型生物反应器中“酿造”它们。

想要让源自生物的化学产品真正实现腾飞的话,它必须在价格和性能上能够匹敌传统的化学产品。

由于系统代谢工程(systems metabolic engineering)的进展,这个目标似乎近在咫尺。系统代谢工程对微生物的生化性质进行微调,让它们能够把更多的能量和原料用于合成有用的化学产品。

这种微调有时需要改变有微生物的基因;有时需要进行更复杂的微生物新陈代谢工程,并且要把酿造条件也考虑进去,这是一个系统性的工程。

由于合成生物学、系统生物学以及演化工程学方面的诸多进展,新陈代谢工程师能够制造这样的生物系统,这些生物系统能够生产用寻常方法难于制造(因此价格昂贵)的化合物。

比如,最近有人成功地细菌进行定制,使其能够生产PLGA(聚乳酸-乙醇酸)。这是一种可以植入人体并可以生物降解的高分子聚合物,可用于缝合手术创口、制作移植物和假肢,以及制造癌症和感染药物的输送材料。

系统代谢工程学也能被用于制造某种特殊的酵母菌株,这种酵母菌可以产生用于治疗疼痛的阿片。这类药物在世界上的需求十分广泛,尤其是在发展中国家,因为在这些国家目前还没有充分缓解疼痛的方法。

用新陈代谢过程制造的化合物的范围每年都在扩大。虽然这类技术不可能完全复制所有的石化产品,但是却可能制造出利用化石燃料无法经济地获取的新化合物。特别是那些复杂的有机化合物,它们的价格高昂,因为必须从动植物中提取,而且含量却很低。

和化石燃料不同,用微生物制造的化合物绝对是可再生的,而且排放出来的温室气体相对较少。实际上,有些微生物能够吸收二氧化碳或甲烷,并把它们制成能够被掩埋的固体废料,通过这种方式它们能够逆转碳从地下到大气的流动方向。

当生化产品能被大规模工业化应用时,需要避免它们和食物生产争夺用地,并避免将经过基因修改的微生物不经意地被释放到环境中。

虽然这些经过基因修改的微生物不太可能在野外生存,但最好还是将其安全地储存在隔离罐中。这些微生物可以在罐子里不停地工作,创造出有益于人类和环境的有用材料。

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