2016年02月18日 星期四 23:57:08

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Bio Bookshelf |生技書房 2020年 Vol. 70

全球能源危機的大功臣

你有所不知的《藻的秘密》

作者/茹絲.卡辛吉(Ruth Kassinger) 責任編輯/吳培安

 

看似微不足道的藻類,在科學家和產業應用的加速開發下,已然從實驗室的狂想,蛻變成全球上看數十億美元的龐大商機,一躍成為再生能源的明日之星,成為解決全球能源危機的大功臣。

生技書房_藻的秘密

 


1984年,美國藻類醇(Algenol)公司創辦人保羅・伍茲(Paul Woods)在加拿大西安大略大學主修遺傳學時,踏上以藻類製造乙醇的道路。我問他怎麼會有這個點子,他回答的內容非常有自己的風格。

「當時是5月,我的遺傳學實驗伙伴突然對我說:『話說,乙醇是未來會使用的燃料。』此話不假,因為我們都經歷過石油禁運、在加油站排隊的時期。所以我想,好吧,有道理。3個星期後我坐在窗邊,看著窗外的綠色草地和樹木,突然有個蠢到不行的點子:如果我們的皮膚能夠製造葉綠素,讓我們能生產自己需要的食物、糖類,就不需要花那麼多時間吃東西了。」

 

把藍綠菌改造成乙醇工廠

「當然這完全行不通,因為我們皮膚的表面積根本不夠大。但是這讓我想到,藻類通體都是綠色,也完全能夠進行光合作用,而且地球上的生物當中,藻類製造糖的速度最快。突然間我想到,我們能讓藻類利用自己製造的糖來製造乙醇。這真的是一瞬間又小到微不足道的念頭:應該用藻類製造乙醇。一切就是從這裡開始的。」

藻類當然不會製造乙醇,他知道得用遺傳工程改造才能達成。他也認為藍綠菌最適合達成這項任務,因為藍綠菌屬於原核生物,染色體只是簡單的環狀,很容易就可以讓其他細菌的基因插入,這讓藍綠菌比真核生物容易改造得多。

大學畢業之後,他把用藍綠菌製造乙醇的點子寫成計畫書,想把點子賣給加拿大的燃料製造商,這些公司當然完全不感興趣。原因之一在於,現在全世界每年乙醇的銷售量是240億加侖,而在1984年只有900萬加侖,所以幾乎不當成燃料使用。再加上遺傳工程才剛剛起步,幾乎沒有人想要用遺傳工程的方式改造藍綠菌,更別說是成功了。

不過,雖然沒有已被證實可用的技術,也沒有市場可言,伍茲還是從朋友和熟人那裡募集了20萬美元,成立了「乙醇能源公司」(Enol Energy)。

 

遺傳工程的進展 使狂想成為可能

手中有了錢,伍茲開始找尋能夠以生物工程的方式改造藍綠菌的人。他想找的是多倫多大學的約翰・柯曼(John Coleman)博士,他是當時加拿大少數具有遺傳工程經驗的人。

柯曼告訴我,有天他在實驗室,突然接到伍茲打來的電話。「當時我有個抗瘧疾的計畫,想要把基因放到藍綠菌中,好減少蚊子的數量。孑孓會吃藍綠菌,我正在嘗試讓藍綠菌製造孑孓吃下去會死亡或不孕的蛋白質。我認為我們很有可能辦得到他想做的事情。」

可能辦得到,但是沒有那麼容易。在1990年代初期,基因剪接是個亂槍打鳥的冗長過程,並不可靠。第一個完整的細菌基因體要到1995年才被定序出來。

柯曼多年來和多倫多大學的另一位科學家鄧明德(Ming-De Deng)博士嘗試將兩「組」酵母菌的基因,放到藍綠菌染色體中可以發揮功效的地方。(插入的位置非常重要:如果基因放在染色體中錯誤的位置,可能會使某個基因的功能受到破壞,嚴重的話會造成生物死亡。)

每次嘗試之後,他們都看看這些藻類是否能夠分泌乙醇,但多年來都沒有成功。柯曼和鄧明德就像是騎著腳踏車的郵差,在黑夜中要把包裹寄到一個大都市裡的不知名地址,而且還沒有地圖,一路上只能問人:「我們到了嗎?」。

不過在1996年,經過了8年、2,100次的嘗試,總算有些好運,把這些酵母菌的基因放到正確的位置。

我問他們是否盛大慶祝,柯曼笑著回答:「沒有,沒有什麼能夠造成燎原野火的事,改造過的藍綠菌只能製造一點點的乙醇。不過這依然算是成功的時刻。」1997年,柯曼和鄧明德發表了這項研究的論文,伍茲也申請了第一批專利。

 

發展藻類科技 預見未來能源大商機

在此同時,伍茲也因為擔任天然氣買賣的經紀人而賺了大錢,才38歲就在佛羅里達州退休了。他告訴我,後來的5年間他只是在一旁靜靜等待,開著白色的勞斯萊斯,還有旅行。不過到了2005年底,油價開始上漲。

更好的是,在1995設立了《再生能源燃料準則》(Renewable Fuel Standard, RFS),簡單來說,就是要求汽油中必須含有一定比例的再生燃料,實際指出汽油中乙醇必須占10%,這改變了乙醇的市場。

議員當初設立《再生能源燃料準則》的目的,是因為加入乙醇可以讓交通工具排放的有毒一氧化碳減少。他們也希望藉由乙醇取代汽油和柴油的10%,能降低美國對進口原油的依賴。

不過在21世紀的頭10年,《再生能源燃料準則》還有一個新的角色:減少人類製造出來的二氧化碳,以對抗全球暖化。交通工具燃燒乙醇依然會釋放二氧化碳,但光合作用生物會吸收空氣中的二氧化碳,用於生長。

燃燒乙醇可以回收空氣中的二氧化碳。汽油中乙醇所含的比例愈多,就能減少使用長年以來埋在地下的石油,排出的二氧化碳也會變少。

 

 

>>本文刊登於《環球生技月刊》Vol. 70

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