中國(guó)能源網(wǎng)訊 北京 8月10日 (記者同少莉）隨著全球性能源危機(jī)和糧食危機(jī)的到來(lái)，生物乙醇的研究發(fā)展和生產(chǎn)已經(jīng)引起世界各國(guó)的高度重視。以玉米、蔗糖等糧食作物為代表的生物乙醇燃料，由于存在“與人爭(zhēng)食，與糧爭(zhēng)地”的弊端，因此，近年，很多國(guó)家開(kāi)始并加大倡導(dǎo)新型生物燃料的研制與商業(yè)化。特別是2008年金融危機(jī)后，作為國(guó)家能源戰(zhàn)略多元化的重要渠道，各國(guó)致力于發(fā)展新型生物燃料，新的政策措施也不斷出臺(tái)。

目前全球新型生物燃料的開(kāi)發(fā)還未走出試驗(yàn)階段，據(jù)業(yè)界專(zhuān)家估計(jì)，新型生物燃料的真正商業(yè)化要等到2015年。清華大學(xué)新能源研究所副所長(zhǎng)李十中教授介紹，在技術(shù)方面，天然植物纖維很難合成高能量的生物燃料，找到新的微生物代謝過(guò)程可以幫助合成高能量的乙醇，這是技術(shù)難點(diǎn)之一。不同基因的表達(dá)是決定微生物代謝過(guò)程的關(guān)鍵?，F(xiàn)在，全球很多研究機(jī)構(gòu)和生物公司都在進(jìn)行尋找新基因的工作，我國(guó)研究機(jī)構(gòu)和眾多企業(yè)也在加大這方面的研究和國(guó)際合作。

清華大學(xué)的研究人員希望通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)大腸桿菌的基因組家族，以高通量和大規(guī)模的數(shù)據(jù)分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)基因組的基因識(shí)別，從中取得更高的識(shí)別精度以找到更佳的基因，通過(guò)轉(zhuǎn)基因工程制造一種轉(zhuǎn)基因大腸桿菌，（一種與食物中毒有關(guān)的細(xì)菌）其可以產(chǎn)生一種生物乙醇所必不可少的長(zhǎng)鏈醇。這項(xiàng)研究的關(guān)鍵是要應(yīng)用一種基因組樹(shù)算法，叫“自我組織映射多層調(diào)整樹(shù)”（MATOM算法）。

魏寧博士在第三屆生物工程及生物信息學(xué)聯(lián)合會(huì)研討會(huì)上發(fā)表了此算法。魏寧博士曾在美國(guó)俄克拉荷馬州大學(xué)和德克薩斯州農(nóng)工大學(xué)任副研究員,目前在陶式農(nóng)業(yè)公司擔(dān)任生物信息分析研究員。他一直致力于基因組分析領(lǐng)域的研究。

在一個(gè)半智能的方式下，MATOM算法通過(guò)評(píng)估大量基因表達(dá)數(shù)據(jù)可以構(gòu)建一個(gè)多層基因家族樹(shù)，該基因家族樹(shù)對(duì)基因結(jié)構(gòu)和功能的標(biāo)示，有利于不同桿菌物種之間的比較。魏寧博士發(fā)表的此算法便于實(shí)現(xiàn)這種桿菌的基因家族樹(shù)的構(gòu)建，使得科學(xué)家們能夠很容易的發(fā)現(xiàn)能為生物燃料生產(chǎn)的長(zhǎng)鏈醇的關(guān)鍵基因。

正在合作開(kāi)展的這項(xiàng)研究的挑戰(zhàn)之一是，建立一個(gè)基因家族樹(shù)，通過(guò)分析大量嘈雜的基因芯片數(shù)據(jù)確定其基因樹(shù)的結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵基因的特性。魏博士說(shuō)：“我們正在非常大的基因組里尋找一種基因, 該基因可以指示細(xì)胞合成長(zhǎng)鏈醇。MATOM算法可以幫助我們確定該基因家族樹(shù)，而關(guān)鍵基因往往是在整個(gè)基因組系列網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合點(diǎn)處。這些資料可以幫助科學(xué)家通過(guò)生物工程的方法在大腸桿菌中制造新的蛋白質(zhì),其可以產(chǎn)生超過(guò)5個(gè)碳原子的長(zhǎng)鏈醇。醇是不可能自然合成超過(guò)5個(gè)碳原子的，這一點(diǎn)對(duì)生產(chǎn)高密度生物燃料乙醇至關(guān)重要”。

常見(jiàn)的生物乙醇是用玉米或甘蔗制成的，只包含兩個(gè)碳原子，而含碳原子越多的生物乙醇密度就越高，燃值也越大。魏博士解釋說(shuō)：“為了尋找可能會(huì)影響生產(chǎn)高濃度的乙醇的基因，我們需要分析一個(gè)非常大的基因庫(kù)。隨著高通量基因芯片技術(shù)的發(fā)展，得到大量的基因表達(dá)數(shù)據(jù)并不是很困難，但是，嘈雜數(shù)據(jù)的比例很高。構(gòu)造多層基因樹(shù)的過(guò)程是消除嘈雜的數(shù)據(jù)，并最終建立一個(gè)樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò).該網(wǎng)絡(luò)表示基因家族樹(shù)的結(jié)構(gòu)?！?/p>

雖然MATOM算法原來(lái)的設(shè)計(jì)不是用于通過(guò)基因家族樹(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)新的細(xì)菌代謝途徑.但是MATOM算法成功就在于在該研究項(xiàng)目中通過(guò)處理基因表達(dá)數(shù)據(jù)而建立一個(gè)巨大的基因家族樹(shù)。魏博士表示滿(mǎn)意這個(gè)算法的性能：這導(dǎo)致了更多通過(guò)研究植物基因組發(fā)現(xiàn)高密度生物燃料的可能性。由MATOM算法構(gòu)建高效表達(dá)基因的網(wǎng)絡(luò)樹(shù)奠定了解這些基因的進(jìn)化和結(jié)構(gòu)特性的基礎(chǔ), 可以更廣泛的探索轉(zhuǎn)基因在合成醇中的功能。

加大新型生物燃料的研究和產(chǎn)業(yè)化投入的方向已列入正在制定的“中國(guó)2011-2020年的新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃”中。然而，在大腸桿菌和植物中發(fā)現(xiàn)有效的基因是在中國(guó)發(fā)展生物燃料能源工業(yè)中關(guān)鍵的一步。隨著新興的生物技術(shù)，可以產(chǎn)生極大量基因芯片數(shù)據(jù)，不理解這些數(shù)據(jù)，就不可能利用生物技術(shù)的優(yōu)勢(shì)發(fā)展生物燃料產(chǎn)業(yè)。計(jì)算方法是處理基因數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，并可以提供給科學(xué)家有關(guān)基因的重要信息。生物計(jì)算學(xué)的研究方向是利用研究基因家族樹(shù)的計(jì)算方法為生物工程研究和產(chǎn)業(yè)化提供有力的支持。