用基因突變的藻類成功增產(chǎn)生物塑料原材料

以淀粉等天然物質(zhì)為基礎(chǔ)在微生物作用下生成的生物塑料，具有可再生性，因此十分環(huán)保。明治大學(xué)2016年7月20日宣布，通過(guò)改變藍(lán)藻的氫合成酶，成功增產(chǎn)了生物塑料的原料——琥珀酸和乳酸。“由光合作用制造”的發(fā)展，有望為解決未來(lái)的環(huán)境、能源問(wèn)題作出貢獻(xiàn)。

塑料是碳的高分子聚合物，以石油等化石燃料制成。不靠石油提供碳的一個(gè)方法是光合作用，研究的著眼點(diǎn)在藍(lán)藻能由光合作用直接吸收二氧化碳，并生成生物塑料的原料上。

在厭氧、黑暗條件下培養(yǎng)藍(lán)藻的一種——集胞藻(Synechocystis)，可利用集胞藻蓄積的“還原能力”，生產(chǎn)琥珀酸、乳酸等有機(jī)酸和氫。據(jù)稱有機(jī)酸和氫會(huì)為爭(zhēng)奪細(xì)胞內(nèi)的還原能力而有“競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系”。

氫由氫化酶產(chǎn)生。氫化酶由5種蛋白質(zhì)(HoxE、HoxF、HoxU、HoxY、HoxH)構(gòu)成，其中已知HoxH是生產(chǎn)氫所必需的。制成HoxH基因——hoxH的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物減少了40%的hoxH突變株后，其產(chǎn)氫能力降低了近20%，而琥珀酸產(chǎn)量則增加到了5倍、乳酸產(chǎn)量增加到了13倍。

琥珀酸和乳酸的產(chǎn)量分別達(dá)到100mg/L、300mg/L，據(jù)稱是由藻類等“光合作用有機(jī)酸生產(chǎn)”的世界頂尖水平。但另一方面，目前工業(yè)生產(chǎn)的生物琥珀酸的產(chǎn)量為50g/L以上，所以今后在提高有機(jī)酸轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，還需要進(jìn)行多元化的研發(fā)，如提高產(chǎn)物的純度、培養(yǎng)藍(lán)藻的效率、降低能耗、以及高效回收及提純產(chǎn)物的方法等。

這是明治大學(xué)與理化學(xué)研究所、神戶大學(xué)、葡萄牙波爾圖大學(xué)等的研究組開(kāi)展的共同研究，是由日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)戰(zhàn)略性創(chuàng)造研究推進(jìn)的。研究成果預(yù)定近期在美國(guó)的科學(xué)雜志《Algal Research》上刊登。