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來自工程真菌的藍色顏料可以幫助紡織工業變得綠色環保

2019年06月23日 08:20來源:未知手機版

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通常,基礎科學研究的結果與可以立即向公眾發布的產品相距很遠。但每隔一段時間,機會就會早早出現。

能源部聯合生物能源研究所(JBEI)的一個團隊就是這種情況,他們在調查基于微生物的生物制造時的開箱即用的想法直接導致了一種生態友好的生產平臺,用于生產一種叫做靛藍的藍色顏料。該合成靛藍具有與合成靛藍相似的生動飽和色調,是世界各地用于染色牛仔布和許多其他物品的染料,該團隊的真菌生產的靛藍可以替代環境不友好的過程。

最初從植物中提取的,今天使用的大多數靛藍都是合成的, 首席研究員Aindrila Mukhopadhyay說道,他是JBEI主持人工程團隊的負責人。 這些工藝既高效又廉價,但它們通常需要有毒化學品并產生大量危險廢物。通過我們的工作,我們現在有辦法有效地生產藍色顏料,使用廉價,可持續的碳源代替苛刻的前體。到目前為止,該平臺檢查了其承諾的許多方框,以便擴大商業市場規模。

重要的是,這些商業市場已經對科學家希望提供的產品有相當大的需求。在與紡織行業的許多關鍵利益相關者會面后,該團隊發現許多公司都渴望獲得更多可持續來源的顏料,因為客戶越來越意識到傳統染料的影響。 社會似乎正在轉向想要創造日常產品的更好的流程, JBEI的研究生,該論文的第一作者Maren Wehrs說,該論文現在發表在Green Chemistry上。 這正是JBEI正在嘗試做的事情,使用來自生物系統的工具- 恰好我們的工程化生物平臺工作得非常好。

這個故事開始時,研究小組著手測試一種叫做Rhodosporidium toruloides的耐寒真菌物種如何表達非核糖體肽合成酶(NRPSs) - 細菌和真菌用來組裝重要化合物的大酶。科學家通過在其基因組中插入細菌NRPS來檢查這種真菌的NRPS表達能力。他們選擇了一種將兩種氨基酸分子轉化為靛藍 - 一種藍色色素的NRPS,以便于判斷菌株工程是否有效。很簡單,當它發生時,文化會變成藍色。

進入這個實驗,靛藍本身不是團隊的主要興趣。相反,他們專注于更大的圖景:探索如何利用這些酶的裝配線功能來創造有價值的有機化合物(如生物燃料)的生物合成制造途徑,并評估真菌是否代表了良好的寄主物種。生產這些化合物。但是當他們培養出他們的工程菌株,并看到了文化的藍色時,他們就知道發生了一件令人難以置信的事情。

每升生物反應器培養物的平均滴度為86克靛藍,該菌株的產量 - 他們命名為Bluebelle - 是迄今為止報道的最高產量。(其他研究小組,包括JBEI團隊,已經使用不同的宿主微生物合成了靛藍。)增加了成就的重量,創紀錄的產量來自使用來自可持續植物材料的營養和前體投入的培養過程。以前的途徑需要相當昂貴的投入,但仍然是靛藍的十分之一。

除了靛藍的潛在應用之外,該研究成功實現了其為其他NRPS提供潛在生產途徑的最初目標 - 這一點比任何單一產品都更有價值。這些復合酶具有多個亞基,每個亞基在從較小分子組裝化合物時發揮獨特且可預測的作用。JBEI及其他國家的科學家們熱衷于設計使用NRPSs的Lego塊狀特征來生產目前難以制造的先進生物制品的酶。

一個巨大的挑戰是讓微生物有效地表達這種酶。這個宿主有巨大的潛力來滿足這種需求, Mukhopadhyay說。

該團隊的下一步將是描述靛藍如何用作染料并深入研究R. toruloides的能力。

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