韩国国内研究团队提出了利用乙烷（C2H6）实现温室气体减排并用于生产生物塑料的可能性。
KAIST表示，土木与环境工程系教授 Myung Jaeuk 研究团队与美国斯坦福大学联合开展研究，于7日公布称，已阐明天然气主要副成分乙烷对“专性甲烷氧化菌（Methylosinus trichosporium OB3b）”核心代谢所产生的影响。
（自左起）Myoung Jaeuk 教授、Park Sunho 博士研究生、Shin Chungheon 博士、Craig S. Criddle 教授。KAIST 提供
View original image甲烷氧化菌是在有氧条件下以甲烷为能源生长的细菌。其中，“专性甲烷氧化菌”的特点是只将甲烷或甲醇等C1化合物作为生长底物加以利用。正因如此，以往并未开展关于专性甲烷氧化菌对非生长底物乙烷如何反应的研究。
相反，本次联合研究团队通过研究发现，C2底物乙烷虽然不能作为生长底物使用，但却对专性甲烷氧化菌的甲烷氧化与细胞生长，以及可生物降解高分子——聚羟基丁酸酯（Polyhydroxybutyrate，以下简称PHB）合成等主要代谢途径产生了显著影响。
在多种甲烷及氧气浓度条件下添加乙烷培养甲烷氧化菌时，持续观测到三种一致的代谢反应：▲细胞生长受抑制 ▲甲烷消耗减少 ▲PHB合成增加。尤为重要的是，这些变化在乙烷浓度越高时越为明显。
由此可见，乙烷在甲烷氧化菌中并不会单独发生反应，细菌在仅被提供乙烷时也不会生长。相反，当与甲烷同时存在时，通过负责甲烷氧化的关键酶“颗粒状甲烷单加氧酶（pMMO）”，观察到了乙烷被一并氧化的“协同氧化（co-oxidation）”现象。
甲烷的温室效应约为二氧化碳（CO₂）的25倍，是气候变化应对中最亟需削减的对象之一。换言之，可以推论，通过利用乙烷对甲烷进行协同氧化，有望实现温室气体减排。
从另一角度看，在乙烷氧化过程中生成的中间代谢产物“乙酸盐（acetate）”会抑制甲烷氧化菌的细胞生长，同时促进PHB的生产。PHB是一种作为可生物降解生物塑料原料而备受关注的高分子物质，因此有望实现利用乙烷生产生物塑料。
这一作用会根据菌体所处的营养状态呈现相反的表现。在营养充足状态下，乙烷对细胞生长产生负面影响，但在营养失衡状态下，则反而诱导PHB积累，表现出积极效果。
另外，虽然在添加乙烷时甲烷的消耗量有所减少，但构成甲烷分解酶pMMO的pmoA基因的表达量并未出现显著变化。
这证明乙烷并不会在基因转录（transcription）层面产生影响，而是通过作用于酶的实际工作能力（活性水平）或转录之后的调控阶段发挥影响。
基于此，联合研究团队给出的分析结果是：乙烷在甲烷氧化菌中扮演着间接调节代谢流的调节因子角色，在与甲烷共存时，会以非预期的方式影响细胞生长与PHB生产。
Myung Jaeuk 教授表示：“本研究的意义在于，它是首个系统阐明‘专性甲烷氧化菌’在非单一底物环境、而是与乙烷构成的复合底物条件下如何在代谢层面作出反应的案例。联合研究团队通过揭示如乙烷这类非生长底物对甲烷代谢与可生物降解高分子生产的影响，不仅为生物学途径削减甲烷提供了新思路，也为生物塑料的生产提出了新的可能性。”
另一方面，本研究在韩国研究财团、国土交通部和海洋水产部的支持下，由KAIST土木与环境工程系博士课程学生 Park Sunho 作为第一作者参与完成。研究成果（论文）已于上月10日刊登在美国微生物学会（American Society for Microbiology）学术期刊《应用与环境微生物学（Applied and Environmental Microbiology）》上。
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