科學家首次將大腸桿菌轉變為自養生物

2021-01-07 科學網

科學家首次將大腸桿菌轉變為自養生物

作者：

小柯機器人

發布時間：2019/11/29 14:32:33

以色列魏茨曼科學研究所Ron Milo課題組首次實現將大腸桿菌轉變為能夠從二氧化碳中產生所有的生物碳。這一研究成果發表在2019年11月27日出版的國際學術期刊《細胞》上。

研究人員表示，生命世界大致分為將二氧化碳轉化為生物質的自養生物和消耗有機化合物的異養生物。儘管人們對可再生能源存儲和更可持續的糧食生產產生了廣泛的興趣，但迄今為止，工業上相關的異養模式生物利用二氧化碳作為唯一碳源的工程設計仍然是一個嚴峻的挑戰。

研究人員報導了實驗室時間尺度上這一轉變的成就。研究人員構建並進化了大腸桿菌，以利用二氧化碳生產其所有生物質碳。降低功率和能量但不提供碳，而是通過可以通過電化學方式產生的一碳分子甲酸酯提供的。核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶和磷酸核糖激酶與甲酸脫氫酶共表達，以通過卡爾文循環固定和還原CO2。在不斷增加的有機碳限制下，在化學恆溫器中進行連續數月的實驗室進化後，實現了自養生長，並通過同位素標記進行了確認。

附：英文原文

Title: Conversion of Escherichia coli to Generate All Biomass Carbon from CO2

Author: Shmuel Gleizer, Roee Ben-Nissan, Yinon M. Bar-On, Niv Antonovsky, Elad Noor, Yehudit Zohar, Ghil Jona, Eyal Krieger, Melina Shamshoum, Arren Bar-Even, Ron Milo

Issue&Volume: 2019/11/27

Abstract: The living world is largely divided into autotrophs that convert CO2 into biomass and heterotrophs that consume organic compounds. In spite of widespread interest in renewable energy storage and more sustainable food production, the engineering of industrially relevant heterotrophic model organisms to use CO2 as their sole carbon source has so far remained an outstanding challenge. Here, we report the achievement of this transformation on laboratory timescales. We constructed and evolved Escherichia coli to produce all its biomass carbon from CO2. Reducing power and energy, but not carbon, are supplied via the one-carbon molecule formate, which can be produced electrochemically. Rubisco and phosphoribulokinase were co-expressed with formate dehydrogenase to enable CO2 fixation and reduction via the Calvin-Benson-Bassham cycle. Autotrophic growth was achieved following several months of continuous laboratory evolution in a chemostat under intensifying organic carbon limitation and confirmed via isotopic labeling.

DOI: 10.1016/j.cell.2019.11.009

Source: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)31230-9

Cell：《細胞》，創刊於1974年。隸屬於細胞出版社，最新IF：36.216

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