《科学美国人》2016十大新兴科技:(八):系统代谢工程把微生物转化为工厂

编译 小西爱吃糖

2016十大新兴科技是由世界经济论坛评选,新兴科技元委员会编撰,其中包括先进科技推广成员《科学美国人》杂志主编Mariette DiChristina。我们相信这十大科技有能力改善我们的生活质量,实现行业转化并保卫我们的星球。十大科技清单也提供了一个机会,让我们可以在这些技术未被广泛采纳前,就可能的人文,社会,经济和环境风险问题展开讨论。

不同于石化燃料,用微型有机体制成的化学品可以无限循环,温室气体排放也相对较少。

对我们每天购买和使用的产品 —— 从塑料和布料到化妆品和燃料——追根溯源,你会发现大部分都是用来自地下深层的原料制成。总得来说,生产现代生活所需产品的工厂使用各种化学品。而那些化学品来自于使用石化燃料做主要能源的工厂将主要石油化学品转化为大量其他合成物。

从活的有机体获得工业用所需的化学品,从气候角度来说,可能比从石油,气体和煤炭中提取要好,而且可能对全球经济来说也更好。我们已经在农产品方面用这种方法,当然——我们穿棉制的衣服,住木头房子 ——但是工厂并不是原料的唯一来源。无疑,微生物长期来说,在我们现在想当然的领域,将提供制作多种不同种类的低廉原料的更大可能性。无需从地底下挖出现代生活所需的原材料,我们可以在充满活体微生物的大型生物反应堆里培育他们。

要让让生物基础的化学品真正发展,它必须要和传统化学品在价格和表现上都可竞争。感谢先进的系统代谢工程 ——一种通过调整微生物的生化反应从而将其能量和资源合成为有用的化学品的方法,这个目标现在看来是可以实现的。有时这种调整包括改变有机物的基因结构,有时则需要涉及复杂的结合培育条件的微生物代谢工程。

随着合成生物学,系统生物和进化工程的发展,代谢工程现在可以生成生物系统,生产那些传统方式难以制作的(而且昂贵)化学品 。最近一次成功演示,微生物被改造为制作PLGA [poly(lactate-co-glycolate)], 一种可植入的,可生物降解的高分子聚合物,可用于手术缝合,移植,假肢,也可用于为癌症与感染状态下的药物输送材料。

用来止痛的类罂粟碱也被系统代谢工程用来制作酵母菌株。这些药在全球广泛使用,尤其在发展中国家,那里止痛药至今都不够用。用代谢工程制作的化学品范围每年都在扩大。尽管这一技术无法复制现在石油化工业生产的所有产品,但它能产生石油化工无法用低廉价格实现的新的化学物,尤其是现在昂贵的复杂有机合成物。因为他们必须从动植物中萃取出来而且数量极少。

不同于石化燃料,微生物制成的化学品可以无限循环使用,而且排放少的多的温室气体。确实,有些甚至可能通过吸收二氧化碳或甲烷生成最终以固体废物形式掩埋的产品,用于反向流转从地球到大气层的碳。

当生化产能达到大规模工业化时,既要规避与食品生产争夺土地使用又要适时将工程化的微型有机体释放入环境就很重要了。这些高度工程化的微生物可能在野外是一个很大的不利因素,最好把他们保存在反应炉里,让他们快乐地为制造有利人类和环境的有用物品而不断工作。

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