费强等在生物利用甲烷创制大分子产品研究上获重要进展

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甲烷是一种强温室气体，其全球变暖潜能值远超CO2。甲烷气体主要来源包括化石资源开采、煤矿伴生气、水稻田以及厌氧发酵过程产生的沼气。目前甲烷主要应用方式是燃烧生热能，其利用方式单一，且转化过程碳原子经济性低下。随着全球人口的增长和气候恶化的加剧，蛋白、多糖原料等必需食品供需紧张。微生物蛋白作为一种优质的替代蛋白来源，显示出巨大的潜力。利用甲烷这种温室气体作为生物制造原料，不仅可实现资源的有效利用，还能有效缓解“与人争粮，与粮争地”的紧张局面，对于可持续发展具有重要意义。

        近年来，我国高度重视甲烷气体的减排与高效利用。针对当前存在的问题，西安交通大学费强教授团队创新性地提出了利用微生物转化甲烷气体合成高价值大分子产品的新策略。他们成功开发了针对嗜甲烷菌细胞工厂高效合成细胞蛋白和多糖聚合物的高密度发酵技术，并深入解析了细胞工厂中碳氮代谢流的协同适配机制。该研究首次引入基于氮氧营养的可控性诱导策略，通过人工定向强化，显著提升了特定产物的生产效率。这一策略实现了甲烷到大分子产品的高效一步转化，为甲烷的高价值利用和新质生产力的发展开辟了全新的道路。
        值得一提的是，甲烷的碳原子成本仅为糖基原料的20%，这意味着与直接燃烧相比，利用甲烷生产甲烷基蛋白和多糖的碳减排效果显著，减排幅度均超过50%。此外，与大豆蛋白相比，甲烷基蛋白的生产能够节约超过500倍的耕地和3000倍的淡水资源，为我国粮食安全和“耕地红线”的保障提供了切实可行的方案。因此，这一研究不仅展示了甲烷生物制造所具备的显著经济和社会效益，也为我国低碳绿色发展提供了重要的科学依据和技术支撑。
        上述研究成果以“嗜甲烷菌生物合成可食用产品的可控性诱导新策略”(A novel nutritional induction strategy flexibly switching the biosynthesis of food-like products from methane by a methanotrophic bacterium)为题，在国际可持续技术领域著名期刊《绿色化学》（Green Chemistry）上作为封面文章发表。
        西安交通大学为第一通讯单位，化工学院博士生高子熹和助理教授郭树奇为共同第一作者，费强教授为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、陕西省杰青基金和陕西高校创新团队等项目的支持。
        论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/gc/d3gc04674e
        文章来源:西安交通大学
        费强，西安交通大学化工学院教授、工学博士、博士生导师。2011年于韩国科学技术院 (KAIST)取得生物化工博士学位后赴美，分别在麻省理工学院 (MIT)、美国国家可再生能源实验室 (NREL)、美国生物能源中心 (NBC)任博士后和全职工程师职位。在美期间曾参与多项由美国能源部、美国国防部以及生物科技公司资助的重大项目。2016年通过西安交通大学高层次人才引进计划聘为教授后全职回国工作。现已发表和完成SCI学术论文和美国能源部科技报告共30余篇，合著英文专著、教材共2部，申请和授权发明专利共5项。现任中国化工学会生物化工专业委员会青年学者工作委员会委员、陕西省化工学会生物化工专业委员会委员。