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英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了大腸桿菌?細(xì)菌，利用氫氣(H2)將二氧化碳(CO2)轉(zhuǎn)化為甲酸。今天發(fā)表在《應(yīng)用與環(huán)境微生物學(xué)》雜志上的這項(xiàng)研究提高了將大氣中的二氧化碳?轉(zhuǎn)化為商品化學(xué)品的可能性。
正常情況下，?E中的一種酶。coli?催化相反的反應(yīng)——甲酸生成H2?和CO2?。在自然界中，后者最為人所知的是一種螞蟻用來(lái)抵御捕食者的醋化合物(Formic來(lái)自拉丁語(yǔ)“formica”，意思是螞蟻)。
來(lái)逆轉(zhuǎn)?E中的正常反應(yīng)。在大腸桿菌中，研究人員通過(guò)使細(xì)菌在過(guò)量的鎢中生長(zhǎng)，使細(xì)菌轉(zhuǎn)換出鉬，鉬是一種金屬，通常是酶的關(guān)鍵部分。這很容易做到，如?E。大腸桿菌?不能輕易地分辨出兩者之間的區(qū)別，”首席研究員弗蘭克·薩金特說(shuō)。
“鎢與鉬的交換改變了我們的酶的性質(zhì)，因此它被鎖定在CO2?捕獲模式，而不能在CO2?捕獲和CO2?生產(chǎn)之間切換，”薩金特博士說(shuō)。
研究人員使用了一種特殊的加壓生物反應(yīng)器，其中充滿H2?和CO2?，以使微生物能夠獲得這些氣體。“它起作用了——細(xì)菌可以在氣體壓力下生長(zhǎng)，并從二氧化碳中生成甲酸，”薩金特博士說(shuō)。
薩金特博士說(shuō)，他是通過(guò)閱讀原始文獻(xiàn)和科普書籍中有關(guān)地球上生命出現(xiàn)的內(nèi)容而形成這個(gè)想法的。35億年前，大氣中沒(méi)有氧氣，但有高濃度的二氧化碳?和H2，細(xì)胞生命在海平面以下1萬(wàn)米處開始進(jìn)化。
在那個(gè)時(shí)候，這些化合物需要轉(zhuǎn)化為所有生命所依賴的碳水化合物。這可能是由一種酶完成的，比如我們?cè)?E中發(fā)現(xiàn)的那種酶。將二氧化碳?xì)浠梢环N有機(jī)酸，”薩金特博士說(shuō)。“我們想在實(shí)驗(yàn)室里嘗試一下。”
薩金特博士說(shuō):“在世界各地，社會(huì)都明白應(yīng)對(duì)氣候變化、開發(fā)可持續(xù)能源和減少浪費(fèi)的重要性。”“減少二氧化碳排放需要一籃子不同的解決方案。生物學(xué)和微生物學(xué)提供了一些令人興奮的選擇。”
薩金特博士說(shuō):“最終的目標(biāo)將是利用生物氫中的可再生氫氣?——就像這項(xiàng)研究中那樣——或者利用可再生電力進(jìn)行電解，并將其轉(zhuǎn)化為甲酸。”“關(guān)鍵是微生物使用甲酸鹽作為其唯一的碳源。然后我們可以制造燃料、塑料或化學(xué)制品。這是一個(gè)真正的循環(huán)生物經(jīng)濟(jì)的愿景，在這里，二氧化碳?可以不斷生產(chǎn)、捕獲并返回市場(chǎng)。”
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