韩国生物工程院：“通过生物铸造实现‘甲烷→环保生物材料’转化”

by Jeong Ilwoong

Published 15 Oct.2025 09:08(KST)

韩国研究团队利用生物铸造厂成功将主要温室气体甲烷转化为环保型生物材料。

韩国生物工程研究院15日表示，国家生物铸造厂事业团研究团队在博士 Lee Seunggu 的带领下，构建了可用于产业化的生物铸造厂自动化实验体系（工作流程），并成功完成了甲烷向环保型生物材料转化可能性的实证。

国内研究团队构建了“生物铸造自动化实验体系（工作流程）”，成功验证了将甲烷转化为环保生物材料的可行性。自左起为共同通讯作者 Lee Hyewon 博士、第1作者 Georgii Emelianov、研究负责人 Lee Seunggu 博士。韩国生物工程研究院提供

生物铸造厂可以快速、便捷地收集海量生物学数据，目前正发展为与人工智能（AI）相连接的创新技术。

通过反复进行“设计–制造–测试–学习”循环来收集数据，再经过人工智能的分析过程，提出更优的实验方法和基因设计，从而提高新材料、医药品、环保化学物质等生物产品开发的效率。

研究团队此次实证成功的意义在于，可以缩短用于生产环保生物材料的生物催化剂和人工微生物的开发周期，并将积累的数据应用于人工智能设计与分析。

例如，甲烷是大气中浓度正在快速上升的典型温室气体。它引发的温室效应比二氧化碳强84倍以上，但能够削减甲烷的自然吸收路径极为有限。

不过，正如研究团队的实证所示，如果能够实现将甲烷转化为生物材料，就有望在解决这一问题方面更近一步。

在本次实证中，研究团队首先构建了可扩展的半自动化工作流程。该系统像乐高积木一样，可根据需要简便而灵活地执行数千件以上的大规模实验。

团队还开发了将蛋白质设计技术与自动化技术相结合、快速制备和评估数百种蛋白质变体的方法。

以此为基础，将样品制备、基因组装、微生物导入等关键流程交由自动化设备处理后，实验速度在各个阶段至少提升4倍、最高提升36倍。同一时间内可完成的实验数量也大幅增加，研究团队表示，研究效率因此得到了革命性提升。

尤其是，本研究被用于改良异戊二烯合成酶（IspS）。异戊二烯是轮胎、黏合剂、燃料添加剂等全球各类产业广泛使用的关键原料。但现有酶要么无法正常表达，要么活性较低，在产业化应用方面存在较大限制。

对此，研究团队通过生物铸造厂工作流程大幅提升了酶的性能。结果显示，酶的反应效率最高提高了4.5倍，对热的稳定性也得到增强。

特别是，当将改良后的酶导入甲烷自养菌时，将甲烷转化为异戊二烯的生产效率显著提高。该成果被评价为能够同时解决“温室气体减排”和“化学原料自给”这两大产业课题的务实技术方案。

Lee 博士表示：“本研究的意义在于提出了一个整合了计算设计、自动化实验和大规模数据验证的‘可扩展工作流程’。今后不断积累的高质量数据将使人工智能的设计与学习更加精细，从而推动生物制造的数字化转型加速发展。”

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。