生物工程细菌生产可再生火箭燃料

合成生物学家对土壤细菌进行了基因改造，以制造出含有三元环链的化合物，这种化合物的能量密度非常高，甚至超过了先进的火箭燃料。

在所有环烷烃中，环丙烷每碳的净燃烧热最大。这是因为三元环迫使碳-碳键成60°角，而汽油和柴油中的线性烯烃的角度是109.5°。“你能得到的最高能量密度来自最小的环状化合物，它是由三个碳组成的三角形环。巴勃罗Cruz-Morales在丹麦技术大学。

在20世纪60年代，苏联开发了一种合成火箭燃料——合成素，它含有三个环丙烷环，与煤油相比，它的脉冲增加了3%。冲量代表每单位推进剂重量的推力流量，一个概念类似于汽车的燃油效率。然而，合成syntin的成本很高，而且含有有毒和有害化合物，因此在20世纪90年代停止了生产。“但这表明这种燃料是有效的，”克鲁兹-莫拉莱斯(Cruz-Morales)说Jay Keasling美国劳伦斯伯克利国家实验室。“我们想做一些类似的东西，但是用生物学的。”

该团队受到了细菌抗真菌化合物的启发jawsamycin它因其五个环丙烷环而得名，使它看起来像一个长满牙齿的下巴。Keasling的团队研究了原始菌株(链霉菌属roseoverticillatus)其中包括一种不同寻常的酶，它在每个催化循环中形成烯烃，并被修饰成环丙烷环。

为了制造燃料化合物，研究人员重新设计了jawsamycin的生物合成过程，在环丙烷链上添加含氮环的步骤中中断了它。然后，他们创造了一种与相关细菌中发现的不寻常的硫酯酶有关的脂肪酸途径。

由此产生的化合物包含6或7个环丙烷环沿碳主链，称为燃料霉素。只需要一个额外的加工步骤——生成甲酯——就能将脂肪酸转化为燃料。这些酯的净热值约为40MJ/l，而汽油的热值为32MJ/l，最流行的煤油基火箭燃料的热值约为35MJ/l。

“这些分子在自然界中不会产生，但他们找到了一种方法，通过生物勘探聚酮合成酶的不同组合来制造这些分子，”他说迈克尔·英格兰人美国LanzaTech的合成生物学家，他描述了两种商品化学品的负碳生产今年早些时候。

但Keasling的团队只生产了10毫克/升的fuelimycins。Köpke补充道:“理想情况下，你想要每升生产多少克，每小时生产多少克，所以(在商业化之前)还有一段路要走。”尽管如此，他还是将这项研究描述为“令人印象深刻”，并表示只要有适当的资金支持，这些燃料有朝一日可以为火箭或飞机提供动力。

“就能量密度和比能量而言，这些都是特殊的分子，”他说Josh Heyne他是美国华盛顿州立大学可持续航空燃料研究员。“这是有好处的。你可以用更轻的重量飞得更远。”

他指出，当这些化合物混合到航空燃料中时，其影响是不确定的。海恩解释说:“这可能会限制在一定的混合比例上。”如果完全开发了一种新燃料，那么你就必须重新对飞机进行认证。

虽然链霉菌属这些细菌如今被商业上用于制造抗生素，克鲁兹-莫拉莱斯说，其他细菌如假单胞菌或梭状芽胞杆菌可以通过基因工程以生物质残渣为食，从而从废物中产生燃料。