世界第一株只吃甲醇的大腸桿菌 中研院:開啟碳循環新可能 | 環境資訊中心

世界第一株只吃甲醇的大腸桿菌 中研院:開啟碳循環新可能

2020年08月18日
環境資訊中心 記者林芊妤報導

面臨全球暖化未來,利用改造基因讓生物協助處理溫室氣體的生物工程,可能是一個解方。中研院今(18日)召開記者會,宣布近期創造出世界第一株「合成嗜甲醇菌」,利用基因改造,成功讓大腸桿菌單純利用甲醇就可以生長,甲醇則可以由溫室氣體轉化而成。未來更可能達成讓細菌藉由代謝,轉化甲醇來產出藥品、燃料等高價值產品,為碳循環開啟更多可能。這項研究成果於本月發表於生命科學的代表性期刊《細胞》(Cell),被審查委員譽為「合成生物學的新標竿」。

中研院院長廖俊智所帶領的研究團隊,創造出世界第一株「合成嗜甲醇菌」,成功讓大腸桿菌單純利用甲醇就可以生長,為碳循環開啟更多可能,研究成果於本月發表於生命科學的代表性期刊《細胞》(Cell)。由左至右分別為所屬廖俊智團隊的文章作者:榮昕緯博士、博士生陳育孝、中研院院長廖俊智、博士生崔昭胤。林芊妤 攝。

獨步全球 關鍵:生物工程技術讓細菌能在甲醇中存活

這項研究是由中研院院長廖俊智所帶領的研究團隊,利用「合成生物學」技術進行基因改造,共花費了四年。廖俊智表示,甲醇進入一般細菌,會讓細菌中的DNA和蛋白質糾纏產生毒性,而讓細胞死亡,團隊成功的關鍵,就在於透過更嚴密的基因調控解決這個問題,順利讓改造後的細菌能在甲醇中存活,而且還能以甲醇作為唯一的食物來源。

廖俊智說明,大腸桿菌在過去幾十年已被研究很多,大腸桿菌通常以糖作為「食物」,透過生物轉化,產出像酒精等生質能產品。他表示,自然界中其實存在天然的嗜甲醇菌,但改造不易,因此團隊轉向科學界已研究透徹的大腸桿菌尋找答案。

中研院創造的「合成嗜甲醇菌」在電子顯微鏡下的樣子,陳育孝表示若與一般大腸桿菌比較,可以發現這株菌外型較為短胖。圖片來源:中研院提供。

人工努力加上細菌「給力」 世界第一株吃甲醇就可以長大的大腸桿菌誕生

該研究的第一作者陳育孝強調,以甲醇取代糖,不只有望減緩溫室效應,也可以降低約25%的原料取得成本,又不需和糧食需求搶資源。

陳育孝分享,這項研究最困難的是讓細菌往「對的方向」進化,耗時也最長。他解釋,實驗初期大腸桿菌還沒辦法只利用甲醇就存活,因此團隊不斷調整給予細菌的「食物」,透過變換糖、胺基酸、甲醇的比例,再搭配人工「編寫」細菌的基因,讓細菌慢慢往團隊「想要」的方向進化。

他表示,雖然一開始的基因由團隊「編寫」,但其實後期需要靠著細菌自己慢慢進化,自體改變基因,才能「長成」團隊想要的樣子。研究中的這株細菌就是靠著這樣的過程,花了半年才終於培養出來。

合成嗜甲醇菌研發進程可分為:設計、定向計畫、成像、及基因定序。圖片來源:中研院提供。

陳育孝進一步解釋,團隊發現,這株菌是靠著「基因組拷貝數的變異」(CNV)進化成一株嗜甲醇菌的。也就是,細菌透過一代代演化,在自體中複製更多有利於利用甲醇的基因,最後終於成為一株只需利用甲醇就可以存活的細菌。他表示,一般的細菌很少有基因組拷貝數變異的現象,然而在癌細胞卻很常見,這項額外的發現也許能為癌症研究帶來啟發。

陳育孝說,這項研究初步達成讓大腸桿菌單一利用甲醇就可以生長的成果,未來將努力讓此菌的DNA更穩定,嘗試讓改造的細菌成為「生物工廠」,朝生產各式高價值含碳化合物,如:化學品、藥品、燃料邁進。

中研院團隊的研究,讓溫室氣體靠著細菌幫忙,而能轉化為飛機燃料變成可能。圖片來源:中研院提供。

合成生物學
屬於生物工程的一項領域。若以文書軟體編輯文件來比喻,早期的基因工程就如同文書軟體中的剪下和貼上功能,「合成生物學」則像可以在軟體上打字,直接進行生物基因的編寫,來達到人們想要的目的。(來源:【BioTaiwan Talk】3分鐘了解合成生物學

作者

林芊妤

能給的不及自然給我們的。篤信自然的療癒效果可比時間。