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2020年6月25日

中大研发从细菌生产生物催化剂新技术推动生物柴油普及使用

2020年6月25日
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中大团队研发新技术以生产生物催化剂。(由左至右:陈文博教授、Bradley Heater博士、杨藻锋博士)

在细菌细胞内产生的Cry3Aa晶体,将生物酶藏于晶体孔隙中。

藏于Cry3Aa晶体孔隙中的生物酶。

中大生命科学学院研究团队成功研发从细菌提取酶类的新技术,可以减低生物酶的生产成本及增加其稳定性,从而降低制作生物柴油的门槛,有助推动这种较环保的燃料普及应用,减少石化燃料造成的污染。研究结果已刊登于《美国化学学会期刊》。

酶类犹如微型的引擎,驱动生命所需的各种化学过程。化学家时常量身定制不同的酶,将其用于制造药物及其他人类日常使用的化学用品。其中一个例子是使用酶催化生产生物柴油。

生物柴油是新兴的可再生燃料,与传统柴油混合使用,可降低引擎废气排放。生物柴油由植物油或动物脂肪等各种食用油脂加以处理而成,传统提炼方法是使用甲醇及催化剂,但生产过程涉及加热等程序,亦会产生废水污染问题;另一种提炼方法则使用酶作催化剂,这种方法所产生的污染较少,但由于制作酶催化剂成本高、且要经过繁复的纯化及固定化过程,导致酶催化生物柴油未能成为主流。

用蛋白质结晶收纳酶分子 取难度

中大生命科学学院陈文博教授及其团队成员(Bradley Heater博士、杨藻锋博士及李明名博士)最近发现可以利用蛋白质结晶的特性,将细菌合成的酶固定在晶体内,只需一个简单步骤便能将晶体分离提取,大大简化分离程序,降低成本。

晶体一般是由原子或分子排列而成的固态物质,例如由钠及氯化物原子结合的氯化纳(盐);而蛋白质分子与分子之间有序排列,亦能够结合成蛋白质晶体。不同蛋白质组成的晶体有不同的形状及大小,当中一种名为Cry3Aa的特殊蛋白质,在「苏云金芽孢杆菌」的细胞内会自然排序成为结晶体;与氯化纳晶体不同,Cry3Aa晶体含有大量孔隙,足以容纳细菌生产的酶分子。

陈教授的团队发现当Cry3Aa蛋白质与酶于同一细菌细胞内合成,这些Cry3Aa晶体便会将数以百万计酶分子收藏于其小孔内,尤如一个「酶收纳袋」。这些晶体能保护具有活性的酶分子免于提取过程中受破坏,方便纯化。团队发现固定在蛋白晶体内的酶更为稳定,可以重覆使用于废食油转为生物柴油的催化过程。

陈教授的团队成员、研究论文的第一作者Bradley Heater博士指出:「是次研究最有趣之处是发现细菌的细胞可以制作并自动收集酶分子,毋须额外加工,我们只需要从细胞抽取晶体及酶催化剂成品。现阶段,我们会集中研究用这种方法生产将废食油转化为生物柴油的酶类,但理论上此方法亦可以生产其他种类的酶。」

陈教授的团队已获得研究资助局和创新及科技基金的拨款,将探讨及开发一个用于生产可再生催化剂的多功能平台,应用于生物柴油和日用化学品的制作。

关于陈文博教授

陈文博教授现担任中大生命科学学院教授,主力研究化学生物学,包括蛋白质的结构及功能特性,以及开发向细胞内递送蛋白质的新技术。

可浏览以下网址参阅论文的完整版本:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b13462



中大团队研发新技术以生产生物催化剂。(由左至右:陈文博教授、Bradley Heater博士、杨藻锋博士)

中大团队研发新技术以生产生物催化剂。(由左至右:陈文博教授、Bradley Heater博士、杨藻锋博士)

 

在细菌细胞内产生的Cry3Aa晶体,将生物酶藏于晶体孔隙中。

在细菌细胞内产生的Cry3Aa晶体,将生物酶藏于晶体孔隙中。

 

藏于Cry3Aa晶体孔隙中的生物酶。

藏于Cry3Aa晶体孔隙中的生物酶。

 

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