普林斯顿大学的研究人员部署了一种有望促进生物燃料发展的技术，他们找到了一种方法，可以在生产可为汽车和飞机提供动力的下一代燃料时使酵母培养物发光。
发光的培养物解决了减缓生物燃料生产的主要挑战：开发生产有价值化学物质的酵母菌株，并将它们与产量较低的酵母菌株分离。在开发这种新技术之前，评估酵母的性能是一个缓慢而费力的过程。研究人员必须培养不同的酵母菌株，并独立评估每种菌株生产燃料和其他化学物质的能力。对于每个菌株，这个过程可能需要几天时间。
“我们必须找到更好的菌株的方法是获取一些菌落，在培养物中培养过夜，然后开始发酵过程，需要 24 到 48 小时，”首席研究员、助理教授 José Avalos 说。化学和生物工程。“现在，我们每分钟测量数十万个菌株。这是识别更好菌株的几个数量级更快的方法。”
在 1 月 12 日发表在Nature Communications上的一篇论文中，Avalos 的团队描述了他们如何开发用于在酵母中生产生物燃料异丁醇和异戊醇的生物传感器。两者都是能量含量高于乙醇的醇，乙醇是美国目前使用的主要生物燃料。与乙醇一样，异丁醇和异戊醇是由啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）生产的，啤酒酵母是一种常用于制作面包、啤酒和其他酒精饮料的单细胞真菌。然而，这些先进的生物燃料与现有的汽油基础设施具有更高的兼容性，可以替代更多的化石燃料，并且可以轻松升级为喷气燃料。
“科学家、工程师和监管机构仍在研究它们，但这些酒精可能与我们目前的汽油基础设施完全兼容，”该论文的资深作者阿瓦洛斯说。“大多数汽车不能使用乙醇浓度高于 10% 或 15% 的汽油。但是，他们可以使用异丁醇浓度更高的汽油。这意味着您可以用这些先进的燃料替代更多的汽油。”
目前的研究始于加快开发用于异丁醇和异戊醇生产的酵母菌株的挑战。科学家们在酵母中引入遗传多样性的速度大大超过了他们筛选每种菌株以找到生物燃料产量增加的菌株的速度。因此，研究人员必须使用非常缓慢、费力和昂贵的方法来确定打开或关闭哪些基因以及哪些酶或蛋白质对这一过程有益。
“有数百万种方法可以尝试，直到你最终找到最有效的方法，”分子生物学研究生、该论文的作者之一 Jeremy Cortez 说。“如果我们能直接进入细胞——倾听细胞内各种成分之间的代谢‘谈话’——并让生物传感器告诉我们它正在生产大量产品，而不是让我们经历这些漫长的程序。”
研究人员通过对细胞进行基因工程来实现这一目标，使其在制造生物燃料化学品时产生荧光蛋白。然后，科学家可以使用荧光作为传感器来寻找生产。
“我们基本上利用了这种转录因子，因此当细胞产生更多的生物燃料时，它也会开启荧光蛋白的产生，”Avalos 说。“它正在做它通常做的事情，但现在我们可以看到细胞对增强的代谢活动做出反应。我们不再是盲目的。”
最终，生物传感器的使用为研究人员提供了他们正在寻找的突破，可以加速先进生物燃料的生产，并可能有助于逐步淘汰碳排放化石燃料的使用。
Avalos 表示，随着世界向低碳能源迈进，生物燃料可以成为关键的一步。他指出，要以足够快的速度使汽车电气化以实现将全球变暖限制在比工业化前水平高 1.5 摄氏度的《巴黎协定》目标将是极其困难的。此外，飞机和其他一些交通方式也很难实现电气化。异丁醇还可用于制造碳足迹较低的喷气燃料。
“我们需要多快消除化石燃料与我们可以多快使我们的车队电气化之间的差距可以用生物燃料来填补，”阿瓦洛斯说。“确实，如果我们希望实现这一目标，就必须使用生物燃料。”
Cortez 呼应了这一紧迫性主题。“气候变化正在发生，”他说。“如果生物传感器可以节省我们的时间，他们确实做到了，那么这就是最好的结果。”