美国加州大学戴维斯分校的化学家通过基因工程对蓝藻进行了改造，使其能生产出丁二醇，这是一种用于制造燃料和塑料的前化学品，也是生产生物化工原料以替代化石燃料的第一步。相关论文发表在1月7日的美国《国家科学院学报》上。
论文领导作者、加州大学戴维斯分校化学副教授渥美翔太（音译）说：“大部分化学原材料都是来自石油和天然气，我们需要其他资源。”美国能源部已经定下目标，到2025年要有1/4的工业化学品由生物过程产生。
生物反应都会形成碳—碳键，以二氧化碳为原料，利用阳光供给能量来反应，这就是光合作用。蓝藻以这种方式在地球上已经生存了30多亿年。用蓝藻来生产化学品有很多好处，比如不与人类争夺粮食，克服了用玉米生产乙醇的缺点。但要用蓝藻作为化学原料也面临一个难题，就是产量太低不易转化。
研究小组利用网上数据库发现了几种酶，恰好能执行他们正在寻找的化学反应。他们将能合成这些酶的DNA（脱氧核糖核酸）引入了蓝藻细胞，随后逐步地构建出了一条“三步骤”的反应路径，能使蓝藻将二氧化碳转化为2,3丁二醇，这是一种用于制造涂料、溶剂、塑料和燃料的化学品。
渥美翔太说，由于这些酶在不同生物体内可能有不同的工作方式。在实验测试之前，无法预测化学路径的运行情况。经过3个星期的生长后，每升这种蓝藻的培养介质能产出2.4克2,3丁二醇——这是迄今将蓝藻用于化学生产所达到的最高产量，对商业开发而言也很有潜力。
渥美翔太的实验室正在与日本化学制造商旭化成公司合作，希望能继续优化系统，进一步提高产量，并对其他产品进行实验，同时探索该技术的放大途径。
蓝藻是地球上最大的植物群落，增殖速度非常快。可惜，除了捕获以蓝藻为食的鱼虾以外，人们很难直接利用这种原始生命体。为了替代化石能源，近年来不少科学家用藻类代谢出有机液体，或者氢气，但单位产量太低。此次美国化学家调节蓝藻的基因，成功地通过光合作用制造出醇类物质，是一个重要突破。如果产自藻类的廉价燃料有一天能注入发动机，那将是基因技术的最大成就。
Cyanobacterial conversion of carbon dioxide to 2,3-butanediol.
John W. K. Olivera,Iara M. P. Machadoa,Hisanari Yonedaa, and Shota Atsumi
Abstract：Conversion of CO2 for the synthesis of chemicals by photosynthetic organisms is an attractive target for establishing independence from fossil reserves. However, synthetic pathway construction in cyanobacteria is still in its infancy compared with model fermentative organisms. Here we systematically developed the 2,3-butanediol (23BD) biosynthetic pathway in Synechococcus elongatus PCC7942 as a model system to establish design methods for efficient exogenous chemical production in cyanobacteria. We identified 23BD as a target chemical with low host toxicity, and designed an oxygen-insensitive, cofactor-matched biosynthetic pathway coupled with irreversible enzymatic steps to create a driving force toward the target. Production of 23BD from CO2 reached 2.38 g/L, which is a significant increase for chemical production from exogenous pathways in cyanobacteria. This work demonstrates that developing strong design methods can continue to increase chemical production in cyanobacteria.
文献链接：Cyanobacterial conversion of carbon dioxide to 2,3-butanediol.
