化学品无处不在。从农业、食品到化妆品，各类行业都离不开它们。大多数人很少会想到这些化学品是如何制成的，更少有人会认为化学工业助长了社会对石油的依赖。但事实确实如此。
历史上，石油一直被用于生产农药、食品补充剂和化妆品等产品所需的化学品。尽管制造这些化学品所需的许多基础原料天然存在，但要获取这些天然材料并将其用于大规模工业流程，事实证明既困难又昂贵。因此，人们转而使用石油。
直到最近，石油还被视为一种廉价且供应充足的商品，因此非常适合用于化学工业。然而，世界已经发生变化。如今我们认识到，为了保护环境并维护国家安全，有必要减少对石油的依赖。此外，对于在我们食用或涂抹于身体的产品中使用石油，人们也存在 健康方面的担忧 。
这就是为什么新的先进工业生物技术方法如此重要；它们使人们能够利用经过改造的细菌细胞，而不是石油，来开发用于这些产品的化学品。重要的是，细菌可以利用多种廉价且可再生的资源培养，甚至包括各种农田废弃物。
然而，要有效利用细菌，并以可由工业规模化推广的方式加以利用，我们需要更多地了解细菌细胞生物学。只有研究细胞核心的机制和过程，我们才能学会如何利用它们来开发有机化学品，而这过去对工业而言是难以实现的。
友善的细菌
在纽卡斯尔大学的 细菌细胞生物学中心 ，我们多年来一直在研究 枯草芽孢杆菌。这种细菌安然生活在土壤中，甚至也生活在 人体肠道中。这种微生物及其近亲非常擅长制造并分泌酶，而酶是各种有用过程的催化剂。这意味着 芽孢杆菌 已被工业广泛使用，例如用于生产 生物洗衣粉中使用的酶 ，如蛋白酶（可分解血液、鸡蛋及其他蛋白质污渍）或淀粉酶（可溶解淀粉）。
然而，它们能够高效分泌的酶种类远少于我们所期望的。对细菌基本结构和过程的研究如今开始使我们能够改造细胞，让它们分泌来自多种不同来源的更多种类蛋白质。
这意味着用不了多久， 芽孢杆菌 就将被用于制造各种酶，包括化学工业所需、可替代目前依赖石油的工艺的酶。
这是一个巨大的机遇。据估计，欧洲工业生物技术行业的年营业额超过600亿欧元；全球工业酶市场预计到2018年将 达到71亿美元 。仅洗涤剂酶就构成了一个价值十亿美元的产业。
然而，继续依赖石油解决方案将阻碍增长，并可能造成重大的社会和环境后果。以细菌替代石油将切实影响人们的生活。
藻类与晒伤
防晒霜就是一个很好的例子。我们在纽卡斯尔开展的 项目 之一，是利用可再生材料开发有机紫外线吸收化合物，用于防晒产品。
紫外线辐射造成的损害令人十分担忧，对能够阻挡紫外线的化妆品的需求也日益增加。该行业依赖石油基技术和无机金属氧化物颗粒，来制造用于防晒产品、能够阻挡紫外线的材料。
然而，我们知道，名为蓝细菌的光合细菌生活在海洋中，并能自行制造 有机防晒分子。我们希望通过从蓝细菌中提取相关基因，并将其移植到一种已广泛用于化学生产的细菌中，来改变这一现状。如果成功，这一工艺很容易扩大规模，使化妆品行业能够开发廉价的有机防晒产品。
这只是细菌能够助力实现无油未来的一个例子。目前已有研究在探索利用废弃物培育细菌或其他微生物的潜力，这些微生物能够制造乙醇等化学品，用作汽车和飞机的“生物燃料”，从而进一步减少石油的使用。
要让这一愿景成为现实，仍有大量工作要做；但只要继续研究细菌细胞如何运作，以及如何将其用于化学生产，我们就能看到这样的未来：废弃物转化为能源，我们可以摆脱石油生活。
本文由 The Conversation合作发布。本文刊发并不意味着世界经济论坛认同其中观点。
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作者：杰夫·埃林顿是纽卡斯尔大学细菌细胞生物学中心主任。
图片：2011年6月9日，在里加的食品安全、动物健康与环境研究所，专业人员 Jelena Kovalkova 在工作中查看培养皿，以分离大肠杆菌菌株。路透社/Ints Kalnins。
