真菌和大肠杆菌细菌联合起来，将坚硬的废弃植物材料转化为异丁醇，异丁醇是一种比乙醇更好地匹配汽油性质的生物燃料。
密歇根大学的研究小组成员表示，该原则也可用于生产其他有价值的化学品，如塑料。
“我们希望以这种高效方式生产的生物燃料最终可以取代现有的石油燃料，”化学工程助理教授兼研究负责人Xiaoxia“Nina”Lin说。
加仑汽油加仑，异丁醇释放出汽油燃烧后82%的热能，相比之下乙醇浓度为67%。乙醇还具有吸水，腐蚀管道和破坏发动机的倾向，但异丁醇不易与水混合。虽然乙醇在当今的汽油基础设施中充当混合器，但许多研究人员认为异丁醇可能是替代品。
同样重要的是，该系统由不可食用的植物材料制造异丁醇，因此燃料生产不会增加食品成本。林的团队使用玉米秸秆和叶子，但他们的生态系统也应该能够处理其他农业副产品和林业废弃物。
虽然之前的许多研究都集中在试图创造一种可以解决将废弃植物材料加工成生物燃料的整个工作的“超级细菌”，但Lin和她的同事认为，一组微生物专家可以做得更好。
里氏木霉(Trichoderma reesei)已经非常擅长将坚韧的植物材料分解成糖。与此同时，大肠杆菌相对容易让研究人员进行遗传修饰。James Liao在加利福尼亚大学洛杉矶分校的实验室提供的大肠杆菌细菌经过精心设计，可将糖转化为异丁醇。
Lin组将两种微生物种类放入生物反应器中，并提供玉米秸秆和叶子。密歇根州立大学的同事们对粗饲料进行了预处理，使其更容易消化。
“如果你曾经吃过膨化的米糊，那就有点类似了，”该论文的第一作者杰里米·明蒂说道，该论文将发表在美国国家科学院院刊和最近在林实验室的博士研究生。
真菌将粗饲料转化为糖类，这些糖类为两种微生物物种提供足够的剩余物以产生异丁醇。该团队设法在生态系统中每升液体中获得1.88克异丁醇，这是迄今为止将苛刻的植物材料转化为生物燃料的最高浓度。它们还将锁定在玉米秸秆中的大部分能量转化为异丁醇 - 占理论最大值的62%。
真菌和细菌的和谐共存，以及稳定的种群，是该实验的关键成功。
“很多时候，一个物种将主宰文化，另一个物种将会消亡，”明蒂说。“当你尝试创建这些系统时，这是一个常见问题。”
确信微生物能够很好地发挥作用。
“你可以把所有东西放在一个锅里，”林说。“资本投资将会低得多，而且运营成本也会低得多，所以希望这将使整个过程更有可能变得经济可行。”
Lin的团队使用博弈论来分析真菌和细菌之间的关系。将纤维素分解成糖是一项艰苦的工作，因此T. reesei倾向于这样做然后分享战利品将其标记为合作者。与此同时，大肠杆菌使用糖而不提供真菌任何回报，这使它成为骗子。
即便如此，细菌也没有接管菌落，因为真菌会在细胞膜附近产生糖分，这使得它们在使用糖时首次出现裂缝。研究人员可以通过调整细菌生长的速度来控制大肠杆菌的优势。
林氏集团的Minty和其他人正在努力提高他们的能量转换率并增加里氏木霉和大肠杆菌对异丁醇的耐受性。燃料是有毒的，但更高的浓度将降低隔离燃料的成本。
“我们对这项技术感到非常兴奋，”Minty说。“美国每年可持续生产10亿吨或更多的生物质，足以生产可替代目前石油产量30%或更多的生物燃料。”
此外，通过不同地设计细菌，他们相信他们的系统可以以可持续的方式生产各种石油基化学品。
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