研究人员改造白杨树，合成有价值的化学角鲨烯，通常从鲨鱼肝脏中提取

白杨树、鲨鱼和生物燃料有什么共同点？虽然这听起来有点像一个谜，但密歇根州立大学生物化学家领导的一个团队报告了关于这三者在寻求更清洁能源方面的令人兴奋的发现。

该团队的最新论文发表在《植物生物技术杂志》上，探讨了如何改造白杨树来生产一种通常从鲨鱼肝脏中获得的高价值化学物质

工程杨树生产这种化学物质将大大提高其作为一种已经很有前景的生物燃料来源的经济可行性，并有助于减少破坏性的鲨鱼捕捞

“我认为这个项目真正突出了我们如何以新的方式使用工业作物，”该论文的第一作者、密歇根州立大学研究员比约恩·汉伯格实验室的前博士生杰克·比比克说

“使用杨树等工程化非粮食作物可以提供一种更可持续的替代品，用于生产通常来源于化石燃料的化学品，甚至是新的特种化学品。”

物超所值

杨树本身就可以勾选成为成功的生物燃料原料所需的几个框

它们在非农业用地上快速生长，它们的生物质——储存能量的有机材料——可以被分解和发酵用于生物燃料生产

最大的挑战之一归结为简单的经济学。自然科学学院生物化学和分子生物学系的James K.Billman Endowed教授Hamberger说：“生物燃料与廉价的石化产品相比仍然没有竞争力。”

Hamberger还是五大湖生物能源研究中心（GLBRC）的联合研究员，该中心是由威斯康星大学麦迪逊分校领导的生物能源研究机构

GLBRC的科学家们长期以来一直在寻找从生物质中提取其他高价值产品的方法。研究表明，杨树可以成为对氨基苯酚的有效来源，对氨基苯酚用于制造染料、粘合剂和其他聚合物，对乙酰氨基酚是泰诺的活性成分

2015年Hamberger加入该中心时，他建议研究萜烯，这是一组植物在独特的环境相互作用中使用的化合物，如吸引传粉昆虫或抵御害虫

“萜烯是地球上最古老、最大的一类特殊代谢产物，”Hamberger说，他也是密歇根州立大学分子植物科学、遗传学和基因组科学以及细胞和分子生物学项目的教员

“由于萜烯对各种相互作用都很重要，它将其多样性推向了一个惊人的地步，其中的化学成分令人震惊。”

人类使用了数千年，萜烯已被证明具有抗炎、抗菌、抗癌和抗菌特性，是调味品、化妆品和香水的关键成分，仅举几个应用

Bibik、Hamberger和他们的合作者瞄准了一种名为角鲨烯的萜烯，角鲨烯是一种广泛用于化妆品的有机化合物，也是疫苗的关键成分

如今，大多数角鲨烯来自鲨鱼肝脏——事实上，这种化学物质的名字甚至源于拉丁语中鲨鱼的意思——角鲨烯

在该项目中，该团队改造杨树，使其沿着两种不同的化学途径产生角鲨烯

一种途径利用了在细胞中心发现的被称为胞质溶胶的凝胶状物质，而另一种途径则试图在叶绿体中产生角鲨烯，叶绿体是负责光合作用的细胞器

不列颠哥伦比亚大学的Shawn Mansfield教授是杨树转化专家，也是最新论文的合作者，他说：“通过将碳从正常代谢中转移出来，在独特的杨树组织和液滴中制造专门的化学物质，Hamberger和他的团队正在采用一种高度创新的策略，将树木变成生物工厂。”

“很高兴能成为这个高度新颖和前瞻性项目的一部分。”

虽然细胞溶胶途径被发现会干扰杨树根系的形成，但叶绿体途径导致叶片中每克角鲨烯产生0.63毫克

有了这个有希望的结果，是时候进行Hamberger所说的“现实核查”了。

为了升级

该团队与普林斯顿大学化学和生物工程教授Christos Maravelias合作，接下来进行了一项分析，以确定其杨树生产的角鲨烯的最低销售价格，以实现收支平衡

研究人员发现这个数字是每公斤144美元。鲨鱼衍生的角鲨烯每公斤售价40美元

Hamberger说：“如果你想向客户销售绿色产品，它不仅是绿色的，还需要价格合理。”

“幸运的是，有几种方法可以提高价值。一种方法是提高整体产量，另一种方法将我们带到香水和另一种海洋动物产品龙涎香的凉爽世界。”

龙涎香在抹香鲸的消化系统中产生，用于香水中以延长气味

Hamberger说，应该有可能将角鲨烯“升级”为琥珀红，这是构成龙涎香的另一种高价值萜烯。科学家已经证明，细菌可以被改造来产生琥珀红，为进一步研究白杨如何做到这一点铺平了道路

此外，该论文的另一位密歇根州立大学合作者Tom Sharkey表明，经过改造生产角鲨烯的杨树排放的异戊二烯气体较少，这间接导致了温室效应

“Jake、Björn和他们的同事正在研究一种可能最有希望的方法，即在只有液体燃料的情况下制造特种化学品和燃料，例如喷气式飞机旅行，”英国皇家医学院的大学杰出教授Sharkey说。Sharkey还隶属于密歇根州立大学能源部植物研究实验室和植物复原研究所

有了这些集体发现，研究人员在寻求将杨树转化为更具吸引力的生物燃料和有价值化合物的来源方面开辟了新的天地

对于现在是生物技术公司MelaTech高级科学家的Bibik来说，该团队的发现最终是利用我们星球的生物化学多样性来应对一些最大挑战的又一步

“我认为这项工作为将植物工程和萜类化合物研究转化为有意义的生物技术奠定了基础。”