在能源短缺和情况压力的大配景下，可连续、绿色低碳进展已成为环球经济和社会进展新模式。国际能源署（IEA）在其公布的《2020 年可再生能源：2020-2023 年市场阐发和猜测》中指出，将来生物能源将成为环球增进最快的可再生能源。

通过生物途径从可再生资源生孕育发生物燃料和生归天学品具有情况可连续性和友爱性，被以为是办理能源危急和情况恶化相干的紧急题目的可行要领。然而，只管支付了庞大的高兴，构建可以或许生产高程度目的生化的微生物菌株仍旧具有挑衅性。

克日，美国奥本大学（ Auburn University ）生物体系工程系王义副传授领导团队通过科学设计和体系优化，开辟了一株高产乙酸丁酯的菌株，实现了生产高代价且便于分散的脂肪酸酯，其产量因此前报道过生产同样产物工程菌产量的 2400 多倍。

图丨王义（泉源：受访者）

王义来自山东潍坊，现在是奥本大门生物体系工程系终身副传授。其研究致力于办理能源、情况和康健范畴的题目，通过创建非模式菌株的合成生物学平台，在生物质能源和生物基化学品生产，废物资源化，致病菌致病机理、检测和操纵等方面均取得了希望。

这篇研究以题为 “Renewable fatty acid ester production in Clostridium” 颁发在 Nature Communications 上，并被杂志主编确定为近期颁发在 Biotechnology and methods 范畴的重点推介文章之一。

王义试验室的三位博士后 Jun Feng (现为美国威斯康星大学 Assistant Scientist)，Jie Zhang （现为中国农业科学院饲料研究所研究员），和 Yuechao Ma 为文章的配合第一作者。

（泉源：Nature communications）

借此时机，生辉 SynBio 聘请到了王义，与我们分享他的研究内容和财产打算。

对梭菌举行改革

生辉：请您先容下这项研究的亮点和难点？

王义：亮点是实现了生物产短链脂肪酸酯的愿景，同时也代表着普通意义上对生物制造历程中要害瓶颈的突破。生物发酵终产品对菌株的猛烈按捺，严峻制约生物高产目的产物，这是实现绿色生物制造经济可行性的广泛限定身分。为突破该瓶颈，我们提出了通过生产高代价产物耦合原位相分散的计谋。

难点在于梭菌是革兰氏阳性厌氧菌，且在生长后期孕育发生芽孢，是家人们共知的难于举行合成生物学改革的非模式菌株。我试验室在已往几年中做了大量的前期事情，在国际上最早使用 CRISPR-Cas 技能乐成地对梭菌实现了工程改革，并构建了一系列的针对差别菌株和应用需求的基因编辑东西，这为我们可以或许在这项研究中得心应手地对目的菌株举行体系改革提供了条件。固然，跟其他多个试验室的互助也给了我们很大的关心。

图 | 从四种代表性梭菌物种中选择并评估了五个菌株作为本研究中用于酯生产的宿主（泉源研究论文）

生辉：该研究提到的脂肪酸酯详细有什么应用？

王义：天然界的多种水果，好比苹果，香蕉，菠萝，和草莓等，都含有短链脂肪酸酯，这也是水果香味的重要泉源。

脂肪酸酯在产业上有遍及的应用，好比作为食品、化装品等产物的人工芳香剂，纺织、塑料等产业生产历程中的溶剂，煤油和医药产业中的萃取剂等等。

脂肪酸酯照旧一种具有许多精良特性的燃料，可以添加到汽油，柴油，乃至航空燃猜中以进步目的燃料的燃烧性能。好比，现在我们这个项目便是得到美国能源部的支持，生产乙酸丁酯，并添加到柴油中，以期促进柴油充实燃烧，低落燃烧历程中孕育发生的固体颗粒污染物，并加强柴油在严寒气候下的燃烧性能。

具有庞大的产业化远景

生辉：文章中举行了脂肪酸酯的贸易化可行性阐发，这一部门您能详细讲一下是怎样阐发的？

王义：该事情的经济可行性阐发重要是由我们的互助者弗吉尼亚理工大学的黄海波副传授课题组完成的（黄海波副传授是 NC 文章的配合通讯作者）。在这项阐发中，我们假设大范围的产业化生产场景，基于一个可以每天处置惩罚 2500 公吨玉米秸秆的工场，将秸秆转化为单糖，然后作为质料，使用我们的工程菌株举行发酵产乙酸丁酯。

整个历程包罗从秸秆的网络到乙酸丁酯的纯化及储存等八个模块，所生产的乙酸丁酯以及相干副产物的总代价减去整个历程中投入的总代价，得出乙酸丁酯的生产本钱。依据经济核算效果，使用该菌株产业化生产乙酸丁酯的本钱已远低于现在乙酸丁酯的市场价，是以具有庞大的产业化远景。

生辉：奥本大学的采访中提到，您已经和加拿大一家公司开展了互助，开端的贸易化打算怎样？您本身是否想转型为企业家？

王义：是的，现在我们已经跟加拿大一家公司签订了期权协议。他们将举行中试发酵试验，以及更大范围的发酵试验，并与业内一些大的生物科技公司互助，对该技能举行全面评价，然后打算告竣正式的技能转让协议。

我自己照旧比力喜爱科研事情，教书育人。同时也很乐于看到本身的科研结果可以或许完成转化，实现应用代价。固然在未来不清除基于本试验室的科研结果建立首创公司，以更高效直接地实现对科研结果的转化。

生辉：能否分享您的下一步打算？

王义：起首仍旧对我们这个菌株举行进一步改革，陆续进步产量，产率和产速，并跟产业界互助，终极实现产业化。别的，打算以该菌株为平台，发挥梭菌的内涵上风，举行体系的合成生物学改革，生产别的的高值生归天工产物。

生物燃料的将来

生辉：生物燃料现在另有哪些挑衅？

王义：我以为现在重要的挑衅照旧生产本钱太高，大多情形下还难以跟传统化石能源竞争。另一方面，相比传统的化石能源，生物能源是否可以或许完全实现相应的性能，以及是否完全跟传统引擎和动力设置装备摆设立室，也应该是我们所存眷的一个题目。是以我们不但必要掘客和生产新的生物燃料，同时对引擎体系举行优化或重新设计，以实现新型生物燃料高效、宁静的使用。别的，大众对生物燃料以及生物基化工产物的担当水平也是我们应该办理的一个题目。

生辉：合成生物学大概其他学科技能可否办理当前的题目？终极要告竣什么样的目的？

王义：合成生物学应该可以或许在关心办理这些题目的历程中起到至关紧张的作用。尤其，合成生物学与新兴的生物信息学、人工智能、大数据、超质料等技能的联合，形成集成化、智能化、高通量的合成生物学历程，可以或许在更短的时间内，以更低的本钱实现高效的生物制造历程。

从技能门路上，使用工农业废弃物为质料，既可以办理情况污染的题目，又能得到高值的燃料和化工产物。好比，以二氧化碳为质料，如今国际上朗泽科技（LanzaTech）已经实现了大范围的生产。据我相识，国内的多个课题组也在这一方面做了许多具有开创性的事情。总之，我对付终极使用生物燃料完全替换煤油燃料的目的黑白常乐观的。