朴实无华木质素，华丽转身变高大上化学品
欧洲足球赛事 注：没想到你是这种“只啃皮”的细菌！科学家目前发现，土壤中的独特细菌可用于木质素的开采，这项研究将有利于探索人类巨大资源宝库！
木楔富有能量但被束缚得十分紧致，以至于释放其中能量的唯一方式只有燃烧一种——多年以来，科学家对木质素束手无策；在一种独特的土壤细菌的帮助下，桑迪亚国家实验室的研究者们认为他们现在已经知道如何开采木质素了，这对于生物燃料生产经济来说将是一次重大转变。
木质素是木质纤维素生物质的一种成分，事实上，它在干枯的植物中随处可见。作为一种生物质源泉，木质素并不和食品或者饲料形成竞争关系，木质素对生物燃料生产至关重要，它也构成了植物堡垒般的细胞壁，可以使得植物在反重力的状态下运输水，同时能够保护植物免受微生物侵蚀和环境压迫。这些优势使得木质素难以被破坏，同样更难转变成有价值的结构。
桑迪亚的Seema Singh带领的研究团队跟踪了一种独特的土壤细菌新陈代谢过程，并研发出一种打破木质素的技术并且取出其中有价值的化学物质，比如说具有高价值的己二烯酸和二烯酸。Singh介绍到：“木质素是一种待开发的资源。作为高价值的化学品基础，它具有巨大的价值。而这些高价值的化学品又是聚氨酯、尼龙和其他生物塑料的基础。”
研究成果已经以论文的形式，以“解码土壤细菌是如何提取有利物质，木质素溶液中的代谢能为木质素限价提供路径图”为标题，发表在9月15日的Proceeding of National Academy of Sciences期刊上。
化工生产是生物提炼经济的关键
生物燃料不仅仅只是因为石油的生产成本高就取代它。
而是如果你将高价值化学物质的产物加入生物提炼技术的商业模式中，经济将会陷入一个如同炼油产业一般的局面：原油被用来生产我们生活所需的高价值化学品和高容量高分子材料。
Singh表示：“原油是一种低价值、高容量的产物，通过从每桶原油中提取6%-10%的高价值的化学品，可实现这种平衡。”
木质素看起来似乎是有限使用的副产品，主要是通过燃烧而获取其中的能量。在化学生产过程中，使用生物质能的效率比燃烧生电高出十倍。
利用木质素
研究者们通过观察自然得到了破解木质素的灵感。
Singh解释道：“我们知道长期以来，真菌和细菌可以“制服”木质素，如果我们洞悉这个过程，我们就可以利用自然中已知的生物燃料和化学生产来对付木质素。”
因为细菌对于工业生产所需化学物质来说是更容易操作的对象，所以研究者们重点关注于细菌。最佳的候选细菌是鞘脂菌属和SYK-6，从木质素丰富的废液中到木材纸浆物中都能检测到这两种细菌。
其中SYK-6尤为有趣，因为它仅仅以木质素为生。微生物通常以糖类为生。这样更容易侵蚀并从中提取出能量。设想一下，细菌面对的选择是吃一个玉米粒还是吃玉米皮，便更易理解。
Singh说：“在热力学上，这种细菌追求木质素而不是糖类是无法解释的，木质素不像糖类一样能使细菌进行新陈代谢。那么，它是如何存货的呢？我们发现SYK-6必须具备一种独特的机制去打破聚合物木质素的紧密联系。”
跟踪新陈代谢过程
正如追踪钱的来源是调查腐败的关键一般，研究者着手跟踪碳元素去探索SYK-6是如何利用木质素的。当细菌分解木质素时，它通过各种不同的途径来处理代谢产物。从始至终，研究人员通过跟踪碳元素完善了许多知识网络，比如一种称之为代谢通量分析的研究方法，研究者希望通过这种方法跟踪新陈代谢过程。
Singh说：“这是第一次将代谢通量分析方法运用于追踪木质素在微生物中的新陈代谢过程，这种方法对于辨别和定位标记碳物质的来源是难以替代的。”
因为新陈代谢过程的复杂性，进行的实验不会立马得到答案，Singh将这个过程描述为：将这些最迷人的困惑集中在一起，然后分析研究它。桑迪亚小组的论文报道表明这种方法已能破译SYK-6的新陈代谢过程。
通过化学品来稳定木质素的价格
接下来的步骤是设计微生物的培养皿来利用SYK-6的新陈代谢过程。这种伎俩将会阻碍SYK-6用正确的方式提取有效产物。平台化学物质的目标是能够将其利用并提取出诸如己二烯酸和己二酸一样有价值的化学物质。
一种探索的方式是通过基因工程使得SYK-6在平台化学物质从中提取木质素时停止它的新陈代谢过程。另外一种途径就是将SYK-6中和与新陈代谢相关的基因拼接到强大的工业化宿主上（像大肠杆菌），以获得所需的燃料和化学物质。Singh和其他研究者希望可以同时研究这两种方式。
Singh表示：“通过全新的视角来研究管状木质素，现在我们已经知道如何从木质素中提取有价值的物质，巨大的资源将展现在我们面前，解码SYK-6新陈代谢过程为稳定木质素的价格提供了路径。”
原文链接：Turning ubiquitous lignin into high-value chemicals
本文由编辑部杨超提供素材，谢晓靖编译，黄超审核；点我加入材料人编辑部。
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