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细菌中的生物可再生航天燃料
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石油量不断减少催生了寻找新的可再生能源的需求
1999年，美国石油协会(APA)发表了一份报告，指出地球的石油储量可能在2062-2094年间某一时间枯竭。然而，斯坦福大学人类与生物圈千年联盟(MAHB)在2019年的一项研究预测，世界将在2054年耗尽石油，比此前预期更早。想象一下，在没有石油的世界里，飞机不能飞行，喷气式飞机不能保护国界，货物不能运输，火箭不能离开地球。
由于全球航空、航运和航天工业都依靠石油运行，其枯竭可能导致全球性混乱。近期石油短缺已经导致全球范围内燃料价格出现前所未有的上涨。最近，美国各州汽油价格均突破每加仑5美元的大关，创下历史新高。
这就是为什么许多行业的科学家一直在寻找可再生能源以替代化石能源，特别是石油。劳伦斯实验室的科学家从细菌中获取的可再生航空燃料便是在这一方向上迈出的重要一步。
如何从链霉菌（streptomyces ）中获取航空燃料
加州大学化学工程教授杰伊·科斯林（Jay Keasling）和研究人员巴勃罗·克鲁兹·莫拉莱斯（Pablo Cruz Morales）也曾讨论过是否能够生产一种名为贾沙霉素（Jawsamycin）的分子。巴勃罗之前曾研究过链霉菌，所以他知道贾沙霉素分子可以由链霉菌体内的代谢反应自然产生。
链霉菌形成聚霉素分子
这种分子有释放大量能量的潜力，而且“这将是一个爆炸性的想法。”他的团队开始着手研究这个想法。他们在含有糖、盐和某些氨基酸的培养液中改造了色链霉菌，然后收集细菌，打破细菌组分，分离它们体内产生的油性成分（含有类似贾沙霉素的分子）。最后，他们将这些油酯化，一种新的生物燃料便形成了。
这种实验室合成的分子具有与贾沙霉素类似的功能，巴勃罗院士和他的同事们称之为“燃料霉素（fuelimycin）”。谈到生物燃料与传统燃料相比的利弊时，巴勃罗说，他们的生物燃料可使用可再生工艺生产，而传统燃料是从石油中提取的。除此之外，燃料霉素衍生的POP-FAME可以储存更多的能源，所以如果大规模生产，其效率更高。
然而，目前仍然存在不足。一种经济上可行的大规模生产方法仍然需要开发，而且与化石燃料竞争的难度较大。这是因为化石燃料有补贴，且全球经济也是围绕其建立的。但科学家们期待这一状况能有所改变，人们需要停止使用化石燃料来减缓气候变化进程。
细菌分子的强大化学成分
天然贾沙霉素是链霉菌体内产生的一种分子。细菌摄取糖或氨基酸，然后在消化过程中将其转化为环丙烷环（三角形3碳结构）分子。研究人员认为，贾沙霉素的形成过程与人体内脂肪的形成过程相似，但是高能环丙烷环起了作用，从而得到了不同产物。
由链霉菌获得的生物燃料甚至可以为未来的火箭提供动力。
脂肪是葡萄糖（一种六碳分子）在体内堆积成糖原的结果。与六碳分子相比，三角形的三个碳分子的形成需要更多的能量。如果有正常角度的化学键，一个开放的碳链，碳可以灵活连接，它们会变得松散。如果你把它们变成一个六碳环，它们仍然可以略微移动。但三角形的形状会导致化学键弯曲，而这种张力需要能量才能产生。
聚沙霉素和燃料霉素分子的结构是由一种称为聚酮合成酶（polyketide synthases）的酶催化并合成的。聚酮合成酶是一种多酶复合物，类似于脂肪酸合成酶，在人类和许多其他生物体中产生油性化合物。研究人员还发现，聚酮合成酶能作用形成高能环丙烷环。
他们相信，他们的生物燃料在未来可以为喷气机、民用机甚至火箭燃料提供动力，但要实现这一想法，还需要进行更多的研究。该团队表示，接下来将致力于研究如何从细菌中获取更多生物能源，并进一步完善，使其可以更多应用于运输、火箭和航空等领域。
编译：金晓坤（期刊部）
审校：郑芙红（期刊部）
编辑：金晓坤（期刊部）
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