基因传感器可以提高生物燃料产量

使细菌有一点自我意识，它们就可以更聪明地生产生物燃料。

这一结论出自加州大学伯克利分校（University of California, Berkele）的研究人员，他们报道了一种基因传感器，可以使细菌调节基因表达，响应关键中间体的变化水平，以制造生物燃料。这样，细菌生产出了三倍多的燃料。这样的传感器调节系统最终可使高级生物燃料更便宜，使它们迈进了一步，更具有经济可行性，可取代汽油类产品。

有一个问题，限制了细菌生产生物燃料的产量，这就是不能平衡不同的生物组分或前体，用以制造最终燃料产品。本周，《自然·生物技术》（Nature Biotechnology）上发表了一项研究，加州大学伯克利分校化学工程和生物工程教授杰伊·柯斯林（Jay Keasling）及其同事描述了一种生物传感器系统，可以让细菌调节基因的生物燃料生产路径，只需要依据细胞中的某种前驱体的数量。

研究者增加了以前报道过的一个菌种，就是改造过的大肠杆菌（E. coli），它制造生物燃料需要利用两种基本生物成分，就是脂肪酸（fatty acids）和乙醇（ethanol）。在这一菌种的生命周期内，一种前体产量高于另一种，效率低，而且有时会形成有害的状态。

“这些路径不平衡，”柯斯林说，“这些细胞浪费原料，生产的一种前体多于另一种。”此外，他说，生物燃料生产有时会消耗太多的脂肪酸，细菌在它们生命周期的某一阶段需要脂肪酸，这就使这种菌种很不稳定。

柯斯林和同事们设计了一种细菌，他们利用自然存在的传感器，响应内部脂肪酸和相关的分子的数量，相应地调整它的路径的活性。当有限数量的脂肪酸存在于细胞内时，这种传感器-调节器分子就会关闭乙醇生产路径和脂肪酸转换路径。相反地，当细菌含有高水平的脂肪酸时，这些路径的闸就会打开。

这种传感器-调节器系统从两方面改善了工程细菌，柯斯林说：代谢路径获得更好的平衡，因此，相对于另一种前体来说，一种前体的产量不会过多，而且，改良的细菌更稳定，这是因为生物燃料生产不会剥夺细胞的生长能力。这种“自我意识”增加了细菌生产生物燃料的数量，使理论最大值提高28%，比以前所报道的菌种提高三倍。

虽然这一改进很显著，但是生物燃料的生产仍然很有限，不能使这种燃料成为主流。“这有许多问题，包括代谢不平衡，都需要解决，才能使生物燃料更实际，”柯斯林在一封邮件中说。例如，扩大这些大型实验培育，达到商业规模，也就是百万升的数量，这就是一个挑战。

基因调节器并不是唯一的钥匙，可以开辟新生态生物燃料领域，但是，它是一流技术，可以提高生物燃料的产量，詹姆士·廖（James Liao）说，他是加州大学洛杉矶分校（University of California, Los Angeles）生物分子工程师。“传感器-调节器系统是很有用的工具，就在我们现有的工具箱中。”