维度网讯，巴西坎皮纳斯州立大学（Unicamp）研究团队开发出一项基因改造技术，可使生物乙醇产量较未改造菌株提升近30%。该技术已申请专利，并经由Unicamp创新机构Inova Unicamp授权给美国Terragia Biofuel公司，后者将负责推进放大规模测试阶段。

该项成果源于Layse Costa de Souza在Unicamp分子生物学与基因工程中心（CBMEG）完成的博士研究，属于Unicamp、美国达特茅斯学院与Terragia Biofuel三方研究、开发与创新协议的一部分。工作隶属于设在Unicamp的先进第二代生物燃料实验室（A2G），由圣保罗州研究支持基金会（Fapesp）通过圣保罗卓越讲座（SPEC）项目资助。

第二代乙醇（2G）被视为可持续航空燃料和基础化学品的潜在中间体，但其生产成本目前高于化石燃料和第一代乙醇。传统工艺以甘蔗渣和秸秆等废弃物为原料，依赖酵母发酵，需要高温热化学预处理和使用水解酶分解半纤维素、将纤维素转化为葡萄糖，这两道工序显著推高了成本。替代方案是联合生物加工（CBP），即用厌氧嗜热细菌替代酵母，让微生物在同一过程中完成木质纤维素降解和发酵，省去预处理步骤。

CBP路线已被达特茅斯学院Lee Lynd教授团队研究三十多年，研究对象主要是细菌Clostridium thermocellum。该菌能高效降解纤维素，但天然乙醇产量很低。Terragia Biofuel研究员Christopher David Herring指出，现有酵母发酵的碳水化合物种类有限，而这类细菌虽能发酵更多种类的碳水化合物，却需借助基因工程才能达到同等效率。团队此前对细菌代谢中氢和电子的平衡机制知之甚少，这正是限制乙醇产量的知识空白。

为补上这一缺口，巴方和美方研究人员引入第二种细菌Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum。该菌同样厌氧嗜热，特点是能够高效生产乙醇，但不能降解纤维素。两种微生物形成互补：一种擅长降解生物质、一种擅长产出乙醇。

Souza在Lynd实验室进行了一年博士联合培养，此前在巴西研究了两年。联合培养期间，她绘制了高效产乙醇菌株的代谢途径，识别出关键蛋白质，并通过质粒将对应基因转入当时尚不能良好发酵的CBP细菌中。她在Unicamp完成的另一部分实验中，通过生化试验证明该蛋白质是机制的核心组成部分。

研究推翻了微生物生物化学中的一项旧假设：产氢的氢化酶过去被视为乙醇合成的竞争者，因为它们会夺取本可流向最终产物的电子。团队识别出一种特定氢化酶HfsD，其作用恰恰相反——缺乏该酶时，细胞无法回收铁氧还蛋白，也不能产生反应终末步骤所需的辅因子NADPH。基于此提出的“氧化还原平衡通过氢循环”假说，在Souza于2026年4月举行的博士论文答辩中正式提出。由于HfsD生成过量辅因子，需要辅助蛋白共同平衡过程，团队因而测试了两种携带不同基因组合的菌株。

台式测试结果显示，改造菌株的产率比未改造细菌提高近30%。其中菌株A2G-0053在插入关键氢化酶后，产率从理论最大值的59.8%升至88.5%。CBMEG研究员Luana Walravens Bergamo评价说，此前使用异源蛋白质的改造尝试通常只能带来5%至10%的提升，这是一个更显著的结果。

项目目前重点在于从甘蔗渣生产乙醇，龙舌兰、玉米秸秆和桉树叶等也可作为底物。Bergamo提到，所有菌株面临的共同挑战是弄清细菌的生产极限，以及乙醇积累产生反向抑制的临界点。此外还需评估改造菌株在工业生物反应器中面对入侵细菌时的竞争力。下一步放大规模测试将由授权该技术的美国公司执行，以验证台式性能能否在大规模批次中重现。