老葉的植物王國

由於石油越來越少，最近這些年來，生質燃料（biofuel）成為非常熱門的一項研究。但是利用澱粉或蔗糖進行發酵產生酒精，會有「與人爭食」的爭議；因此以落葉、廢木、廢紙的纖維素（cellulose）分解發酵後所產生的「纖維酒精」，也成為一個熱門的研究領域了。 但是植物的落葉、殘枝、斷木中所含的不只有單純的纖維素，還有木質素（lignin）。微生物無法分解木質素，因此我們必需先將木質素與纖維素分開。目前最常用的是使用高壓蒸汽進行汽爆（steam explosion）來將木質素與纖維素分開、或是加鹼分解。由於汽爆需要使用大量的能源產生蒸汽，而加鹼處理後需要調整酸鹼度與鹽份濃度，使得纖維酒精的成本居高不下。 用細菌或真菌似乎挺麻煩的。如果單純使用酵素，是否會讓反應更快更方便些呢？雖然過去的研究已經知道，許多真菌與細菌都具有可以分解纖維素的酵素；但是這些酵素在實驗室裡面進行反應的速度似乎都不夠快。有沒有什麼方法可以加快它們的反應速度呢？另外，是否可以找到更節省能源的方法來分解纖維素？ 來自丹麥與瑞典的研究團隊，將他們的眼光轉到其中一群酵素：裂解多糖單氧酶（LPMO，lytic polysaccharide monooxygenase）。LPMO存在於許多細菌、真菌中，其中屬於AA9一族的LPMO，進行反應時需要氧氣與電子。 有意思的部分是，過去的實驗發現，AA9族的LPMO需要的電子，可以來自於維生素C（ascrobic acid）、木質素、或是纖維二糖脫氫酶（CDH，cellobiose dehydrogenase）。這些物質都可以幫助它進行反應。事實上，到目前為止，因為這一族的LPMO對於電子捐贈者是如此的不挑剔，科學家們還沒有找到它真正在細胞裡的合作對象。 因此，研究團隊決定試試看用類囊體膜（thylakoid membrane）來做為電子的來源。 類囊體膜是植物進行光反應（light reaction）的位置。只要有光，類囊體膜上的光系統就可以經由光所提供的能量產生電子。因此，它可以說是相當便宜的電子來源（當然純化類囊體膜還是要成本的）。 一開始研究團隊用藍綠藻（ Synechococcus sp. PCC7002）的類囊體膜。結果發現，使用類囊體膜做為電子的來源，分解的速度變快了至少20倍！在三小時內，加入類囊體膜的組別，有10%的纖維素已...