位于波多黎各島東北地區(qū)的云蓋國家森林，是美國森林體系中唯一的熱帶雨林。在森林土壤中發(fā)現(xiàn)有微生物腸桿菌木質(zhì)纖維素分解菌株，可以耐受離子液體的毒性，這種液體在生物燃料生產(chǎn)中用于溶解纖維素生物質(zhì)。
據(jù)報道，近日美國聯(lián)合生物能源研究所（JBEI）通過新的實驗方法和基因測序分析，破解了在熱帶雨林土壤中發(fā)現(xiàn)的細菌結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了細菌耐受有毒含鹽溶劑的生理機制。這一發(fā)現(xiàn)有望提高微生物對生物燃料生產(chǎn)過程中所使用的含鹽溶劑毒性的抵抗能力，有助于提高生物燃料的生產(chǎn)效率。
利用植物生物能量生產(chǎn)液體燃料，是未來能源技術的發(fā)展方向。這不僅可以減少溫室氣體的排放，還可以緩解全球?qū)剂系囊蕾嚒?BR>
在植物細胞壁內(nèi)儲存有非常豐富的糖類，我們稱之為木質(zhì)纖維素。利用該物質(zhì)生產(chǎn)的生物燃料足以滿足地球上大部分的能源需求。在通常情況下，木質(zhì)纖維素的提取非常困難，需要進行化學預處理，然后使用微生物酶進行分解。目前，普遍使用一種離子液體，即“含鹽溶劑”來促進纖維素的分解，但是這種溶劑是有毒的。在燃料生產(chǎn)隨后的轉(zhuǎn)換步驟中將利用大量細菌，含鹽溶劑對于這些細菌有著致命影響。
JBEI研究小組使用新的實驗方法和基因測序分析發(fā)現(xiàn)，某些細菌可以存活于制造生物燃料的有毒化學品中。研究小組的領導者，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的邁克爾·泰倫說：“我們發(fā)現(xiàn)，一些微生物具有耐受含鹽溶劑的天然特性，通過了解它們的耐受機制，可以顯著地提高生物燃料的產(chǎn)量�！�
研究小組于5月14日在《美國國家科學院院刊》上深入地描述了這種來自熱帶雨林土壤的腸桿菌，以及其耐受含鹽溶劑的毒性作用，并用于生物燃料的生產(chǎn)。
在自然環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的微生物，比如森林土壤中腐敗物分解后產(chǎn)生的細菌，能產(chǎn)生高效的酶用來降解纖維素，而且能夠適應環(huán)境的壓力變化。利用這些原生細菌的有益特性，通過基因工程對現(xiàn)有的實驗室菌種進行改造，可以提高它們在生物燃料生產(chǎn)過程中對有毒含鹽溶劑的耐受性，從而提高生產(chǎn)效率。
泰倫和他的研究小組分離出腸桿菌木質(zhì)纖維素分解菌株SCF1，這種細菌可以降解植物的生物質(zhì)纖維素。它們發(fā)現(xiàn)，在用于預處理木質(zhì)纖維素的高濃度含鹽溶劑中，SCF1可以保持良好的生長狀態(tài)。而這種化學物質(zhì)，對于其他的細菌菌種來說是劇毒物質(zhì)。
泰倫表示：“在研究SCF1對高濃度含鹽溶劑的耐受機制時，我們使用高通量生長化驗，并對細菌細胞膜進行成分分析，測定它的所有變異基因。然后對SCF1的基因組進行測序，發(fā)現(xiàn)多種代謝反應，并將這些反應繪成圖譜。”結(jié)果表明，SCF1之所以可以抵抗含鹽溶劑的毒性是因為其自身可以調(diào)節(jié)細胞膜的成分，降低細胞滲透性，并增加一種轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)，在有毒化學物質(zhì)侵害細胞之前，將毒素泵出細胞。
泰倫認為，應該加大對微生物發(fā)現(xiàn)和分析的力度，那些性質(zhì)類似SCF1的微生物，將為生物燃料工業(yè)帶來極大利益。并且，這些研究成果可以作為耐受離子液微生物基因工程的基礎，在未來設計出離子溶劑耐受性更強的微生物，從而創(chuàng)造更高效的生物燃料生產(chǎn)工藝。
來源：中國能源報
