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迈克·亚当斯:生物化学

摄影者贝丝常
www新利乔治亚大学研究员Michael W. W. Adams在他的实验室

作为一名高中生,迈克尔·亚当斯热爱化学,但发现它相当枯燥。后来有一天,他的科学老师讲到了维生素,特别是维生素A,它对人类的视力有着至关重要的作用。当光线照射到视网膜中的一种维生素a时,视紫红质分子会发生化学重排,触发神经反应,从而实现色觉和昏暗光线环境中的视觉。

“我被迷住了,”亚当斯说,他是乔治亚州的生物技术教授和生物化学和分子生物学系的杰出研究教授。“我现在还记得那一刻。从那一天起,当化学被置于生物学的背景下,特别是在分子水平上,它让我的世界走到了一起,现在依然如此。”

生物化学仍然是他在英国和伦敦大学国王学院的学术激情,在那里他获得了学士学位,然后获得博士学位。1979年。他的博士研究集中在产生氢气的氢化酶上。如今,氢气越来越多地被用作零碳燃料。

亚当斯说:“当时,人们试图描述这些氢化酶的特性,但没有人知道它们是如何产生氢气的,这让我着迷。”。

他的下一站是普渡大学的博士后职位。

“我们在普渡大学了解到,金属——铁和镍——是这些酶催化产氢的关键。”

1981年,亚当斯开始在新泽西州的埃克森美孚公司研究从传统土壤细菌中提取的氢化酶。

“埃克森美孚对我在普渡大学学习的金属感兴趣,因为它们在石油工业中也被用作催化剂。仿生学在当时是一个新兴的领域。这个想法是基于自然界经过数十亿年的进化所产生的知识,用化学方法合成催化剂。在这种情况下,化学催化剂将含有铁和镍,并将产生氢作为燃料。然而,要做到这一点,你首先要回答这样一个问题:“这些氢化酶在原子水平上是如何工作的?”’”

亚当斯于1987年重返学术界,加入了该大学的富兰克林艺术与科学学院。

“在佐治亚大学,我建立了一个研究项目,研究氢化酶和其他类型的含金属酶,这些酶来自著名的微生物超嗜热菌。这些超嗜热菌生长在接近100摄氏度的火山喷口中,刚刚在科学文献中报道过。当时对它们知之甚少。但当它们生长时,有些会产生氢气,所以我们知道它们一定有氢化酶,这些酶必须非常稳定才能在100摄氏度下工作。我们已经走了很长一段路,现在对这些微生物是如何工作的,它们有多少酶工作,以及它们的一些酶是如何产氢的有了很好的了解。”

到目前为止,亚当斯的研究项目已经发表了400多篇论文,并获得了几项专利。

大约十年前,亚当斯的研究开始转向解决进化论和应用问题。在基础研究方面,他以他的嗜热微生物模型开始了新的探索火球菌属——“狂暴的”或“急速的火球”——自从1986年在热的海洋喷口中被发现以来,他就一直在研究这个词。

亚当斯说:“这些生物使用的呼吸机制涉及两种酶,我们称之为MBH和MBS,这是人类用来呼吸的一种酶的早期版本。”

MBH和MBS允许海床通过在热的排气口环境中产生氢气或硫化氢气体来呼吸,那里的气体和极端温度与数十亿年前地球上的条件相似。

“我们正在回顾过去,深入了解我们自己的呼吸系统是如何进化和如何工作的。”

在应用研究中,亚当斯和他的同事们正在探索另一种也能产生氢气的超热菌,Caldicellulosiruptor bescii但在这种情况下,他用它来分解植物生物量,生产其他燃料以及工业化学品,而不是氢气。本研究的目标是开发可持续的植物燃料或化学品,以补充并最终取代石油基化学品和燃料。

一些非食用植物——柳枝稷和杨树——是可持续生物燃料和化学品生产的极好候选植物。例如,柳枝稷是一种原产于北美的多年生草,生长在边缘农田,对农药的需求很小。但柳枝稷和杨树非常坚硬,通常要用高温、严酷、昂贵的化学物质分解。

亚当斯和他的同事们正在寻找替代方法。他们在高热试剂中找到了可能的解决方案c . bescii他们发现,这种植物在未经处理的柳枝稷和杨树等天然生物质上生长良好。在提纯后,c . bescii可以有效分解未加工的植物,并利用植物糖将其转化为燃料和化学品。

亚当斯说:“这种微生物可以利用这些植物中所有类型的糖,主要是纤维素和半纤维素。”。虽然有几种微生物可以利用纤维素,但微生物也很少使用半纤维素

在最近发表在《自然》杂志上的一项研究中,亚当斯和他的同事证明了这一点c . bescii他的团队通过基因工程几乎完全分解了杨树的基因工程形式来制造乙醇,乙醇是一种燃料,是一种汽油添加剂。

亚当斯说:“这种微生物只在‘正常’杨树中使用了大约20%的糖来生产乙醇,但在新的植物品种中使用了超过90%的糖。”

这项研究由美国能源部资助,由北卡罗莱纳州立大学的植物生物学家和生化工程师合作进行。

这项新的研究可以为当地可持续的生物燃料和化学品生产指明方向。

他说:“我想有一天,我们会看到当地农民种植新的转基因杨树或柳枝稷的例子,这些作物将被收获后,用基因工程微生物投入当地的植物生物质加工厂,并经过加工生产燃料或工业化学品。”“这是一个很有前途的方向,生产可再生的,植物基化学品或燃料,以取代不可再生的石油基化学品和燃料。化石燃料是一种有限资源,在它们在未来几十年耗尽之前,我们必须开发一种可持续的燃料和化学品供应。”

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