美用轉基因細菌合成高能火箭燃料

　　圖：石油基燃料和先進生物燃料的能量密度比較。先進生物燃料(綠色)與石油基燃料(黑色)相比，能量密度較低。蒎烯二聚體(紅色)與石油基燃料JP-10能量密度類似。

        目前的生物燃料體積熱值太低，在應用與火箭、導彈中時，高能燃料非常重要。有一種從樹木中提煉的化合物蒎烯，經二聚化后生成蒎烯二聚體，已證明其能量密度和航空燃料JP-10相當。佐治亞理工學院與聯合生物能源研究院科學家通過轉基因工程改造細菌合成蒎烯，有望替代JP-10用在導彈發射及其他航空領域。從石油中提煉JP-10供給有限，將來生物燃料有望補其不足，甚至促進新一代發動機的開發。相關研究發表在最近的美國化學協會(ACS)《合成生物學》雜志上。

　　在前期生物工程的研究階段，論文第一作者、佐治亞理工學院研究生斯蒂芬·沙瑞亞在該校副教授帕瑪拉·佩拉塔-雅海亞的指導下，已將蒎烯產量提高了6 倍。他們在研究將替代酶插入大腸桿菌以產生蒎烯，已選定的酶分為兩類：3種PS(蒎烯合成酶)和3種GPP(香葉基二磷酸合成酶)，通過實驗來尋找最佳組合以獲得最高產量。目前，他們已將產量提高到32毫克/升。但要和來自石油的JP-10競爭，產量還要提高26倍，佩拉塔-雅海亞說，但這也在生物工程大腸桿菌的可能范圍內。

　　佩拉塔-雅海亞認為，目前的障礙在于系統內部的一個抑制過程。高濃度的基質抑制了酶的活性，她說，“目前我們需要的是在高濃度基質中不會被抑制的酶，或在整個反應中能維持基質低濃度的方法。這兩方面都比較困難，但并非無法克服的。”

　　JP-10的能量密度高于汽油和柴油，是因為其分子結構中包含碳原子組成的多應變環。每桶石油中能提取的JP-10是有限的，自然界中含有該化合物的樹木中產量也很小，有限的供應使JP-10價格在25美元/加侖左右，因此生產高能生物燃料替代品比生產汽油或柴油替代品更有優勢。“如果你研究汽油替代品，就要與3美元/加侖競爭，這需要一個長期優化的過程。”佩拉塔-雅海亞說，“而我們是在和25美元/加侖競爭，需要的時間更短。”

　　雖然我們還處在幾毫克/升的水平，但由于我們研究的替代品比柴油或汽油替代品價值更高，也就意味著我們離目標更近。”她說。從理論上講，要讓生產蒎烯的成本低于石油提煉是可能的。如果最終的生物燃料表現良好，將為輕質高能發動機燃料打開新的大門，增加高能燃料的供給。

　　佩拉塔-雅海亞說，“我們制造的是一種可持續的、高能量密度的戰略性燃料，但還處于研究初期，我們正在集中制造一種‘試行’燃料，類似于石油燃料，以適應目前的銷售系統。”