儘管新冠肺炎肆虐，氣候變遷對全球的威脅卻從未止息。本院廖俊智院長帶領的研究團隊，近期成功創出世界第一株「合成嗜甲醇菌」！未來，此菌可利用由溫室氣體轉化成的甲醇，來生產各式高價值含碳化合物，如：化學品、藥品及燃料等，為碳循環開闢了更多可能性。研究論文於本（2020）年8月發表於世界頂尖期刊《細胞》（Cell），被譽為「合成生物學的新標竿」。

此研究以獨創的理論，推算出大腸桿菌需被調控的關鍵酵素，進而修改其基因並進行人工演化而成。「這是中研院獨力創造的成果。」廖院長解釋，需要高端人才的熱忱投入，深入探索問題的關鍵，輔以本院先進的核心設施，經多年努力，才得以實現。

本研究應用的科學技術

合成嗜甲醇菌具有工業發展潛力及深度減碳價值。目前，在將溫室氣體轉化為甲醇後，針對甲醇的化工處理方式，不僅製程有限，還須顧及環保標準。而合成嗜甲醇菌，正有可塑性高、對環境友善等優勢。未來，可透過基因工程進一步擴充其功能，將甲醇轉化為遍及人類生活的化學產品，如：原料藥、抗癌藥、燃料、人造樹脂材料，以及生物可分解性塑膠材料等；亦可使甲醇取代醣類成為生物工程的原料，避免佔用糧食資源。

顯微鏡下的合成嗜甲醇菌

對一般細菌而言，甲醇具有毒性，但對嗜甲醇菌來說，反而是可加以利用的資源。由於天然的嗜甲醇菌難以被改造應用，全球科學家競相投入研究，希望以人工合成的方式創造嗜甲醇菌，然而，過去十數年來卻遲遲未獲成果。本院率先突破，將常見的大腸桿菌改造為合成的嗜甲醇菌，且其生長速率已幾近於天然嗜甲醇菌。

廖院長表示，本次研究的關鍵突破，是以電子顯微鏡、蛋白質體學，以及三種不同的基因定序等技術，發現甲醇在進入一般細菌後，會使細胞內的DNA及蛋白質互相糾纏，導致細胞死亡。因此，研究團隊展開更嚴密的基因調控，才順利將大腸桿菌改造成嗜甲醇菌。

合成嗜甲醇菌的關鍵突破

本研究對生物學及醫學亦有貢獻。研究團隊在為此細菌基因定序時，偵測到其演化過程中的變異，發現它是透過「基因組拷貝數的變異」（CNV）進化成嗜甲醇菌，即複製自身部分基因，來調控甲醇的使用效率，同時避免甲醇的毒性反應。基因組拷貝數變異亦常見於癌細胞，因此，這次研究也有助於了解此一現象在相關領域中的意義及重要性。

合成生物學是一門探究以人工合成／改良生物以利應用的學科，需同時掌握生物、化學及工程等跨領域知識。過去數十年來，廖院長陸續於《自然》（Nature）及《科學》（Science）等頂尖期刊上，發表多篇與合成生物學及深度減碳的成果。本次研究是合成生物學新技術突破，再次善用科學，讓碳循環有更多可能。

論文作者為陳育孝博士生、榮昕緯博士、崔昭胤博士生，以及廖俊智院長。論文全文詳見：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30875-8。這也是本院近月來第二篇發表在國際頂尖期刊《細胞》（Cell）的論文。

（生物化學研究所）