天然細菌將纖維素直接轉化為丁醇

　　人類現今的便利生活倚靠於大量能源的使用，自工業時代以來主要以燃燒石化燃料產生能量為主；然而石化燃料並非取之不盡，因此各國政府也積極找尋其他的能源轉化方式，包含核能發電、太陽能發電、水力發電、風力發電、潮汐發電、地熱發電與生物燃料等。生物燃料是指由生物質所製成的燃料，能夠取代汽油或柴油的使用，且通常不需特別改變現行使用的引擎構造。而農業是少數能自行生產生物燃料的產業之一，以自然界中廣泛存在的纖維素作為原料，經由化學或生物轉化成醇類以供燃燒利用，除了可循環使用環境中的含碳資源，燃燒後所排出的氣體也較為乾淨，有效減少農業廢棄物與空氣汙染。【延伸閱讀】葡萄牙利用100％的食用油作為大眾運輸燃料

　　轉化纖維素的目標產物多半為生質乙醇與丁醇，丁醇與乙醇相比下具有更多使用優勢，包含低揮發性、低機器腐蝕性、高熱值且與汽油的混和比更高，但目前將纖維素生物質轉化為生質丁醇的技術成本較高，且丁醇對生物毒性較高，不易由微生物直接轉換得到，故複雜的處理步驟與昂貴的化學轉化成本一直是生質丁醇無法普及的原因。新加坡大學(National University of Singapore)土木與環境工程學系(the Department of Civil and Environmental Engineering)於養殖蘑菇的堆肥中分離出細菌Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum strain TG57，能夠幫助纖維素和木聚醣(xylose)直接轉化為丁醇。研究團隊不但在TG57細菌基因組中發現了butanol dehydrogenase (Bdh)、endocellulase、cellobiohydrolase的相關序列，也發現活躍的外泌系統能不斷促使丁醇向外排出，減少丁醇積聚於細胞中而引發生物毒性，本次研究測試可產生丁醇1.93g /L，產率為0.20 g/g。

　　由於TG57是經由在蘑菇堆肥中長達兩年的遺傳轉變中選擇而得，不需再經人為改變菌體基因，是一種具有潛力的丁醇生產微生物，能夠縮短纖維素前期轉化的時間，研究團隊未來將持續研究TG57的轉化表現，並設計相關的分子標記以提高生物丁醇的產率及產量。 

　　相關研究發表於<Science Advanced>

資料來源

• Siliconrepublic.com
• Unique genetic cassettes in a Thermoanaerobacterium contribute to simultaneous conversion of cellulose and monosugars into butanol

文章摘譯

• 農業科技決策資訊平台管理團隊