目前的生物燃料体积热值较低，限制了其在火箭、导弹等高能燃料领域的应用。从树木中提取的化合物蒎烯，经二聚化后生成蒎烯二聚体，其能量密度与航空燃料JP-10相当。佐治亚理工学院与联合生物能源研究院的科学家通过转基因工程改造大肠杆菌，成功合成了蒎烯，有望替代JP-10用于导弹发射及其他航空领域。JP-10从石油中提取，供应有限，而生物燃料有望弥补其不足，甚至推动新一代发动机的开发。相关研究发表在《ACS合成生物学》杂志上。

在前期研究中，论文第一作者、佐治亚理工学院研究生斯蒂芬·沙瑞亚在该校副教授帕玛拉·佩拉塔-雅海亚的指导下，已将蒎烯产量提高了6倍。他们通过将替代酶插入大肠杆菌来生产蒎烯，选定的酶分为两类：3种蒎烯合成酶（PS）和3种香叶基二磷酸合成酶（GPP），通过实验寻找最佳组合以获得最高产量。目前，产量已提高到32毫克/升。但要与石油基JP-10竞争，产量还需提高26倍，佩拉塔-雅海亚表示，这在生物工程大肠杆菌的可能范围内。

佩拉塔-雅海亚认为，当前的主要障碍是系统内部的抑制过程：高浓度的底物抑制了酶的活性。她说：“我们需要的是在高浓度底物中不被抑制的酶，或者能够维持底物低浓度的方法。这两方面都颇具挑战，但并非无法克服。”

JP-10的能量密度高于汽油和柴油，因其分子结构中含有碳原子组成的多应变环。每桶石油中可提取的JP-10有限，自然界中富含该化合物的树木产量也很小，有限的供应使JP-10价格维持在25美元/加仑左右。因此，生产高能生物燃料替代品比生产汽油或柴油替代品更具优势。“如果你研究汽油替代品，就要与3美元/加仑竞争，这需要长期优化，”佩拉塔-雅海亚说，“而我们是在与25美元/加仑竞争，所需时间更短。”

“虽然我们目前还处于毫克/升的水平，但由于我们研究的替代品价值更高，意味着我们离目标更近。”她说。从理论上讲，使蒎烯的生产成本低于石油提炼是可能的。如果最终的生物燃料表现良好，将为轻质高能发动机燃料打开新的大门，增加高能燃料的供应。

佩拉塔-雅海亚说：“我们制造的是一种可持续的、高能量密度的战略性燃料，但还处于研究初期。我们正在集中制造一种‘试行’燃料，类似于石油燃料，以适应目前的销售系统。”

原文检索：Stephen Sarria, Betty Wong, Hector García Martín, Jay D. Keasling, and Pamela Peralta-Yahya. Microbial Synthesis of Pinene. ACS Synth. Biol., 2014. DOI: 10.1021/sb4001382