微生物所李寅發表固碳展望文章

2021-02-13 中國生物技術網

　　11月18日出版的《科學》(Science)雜誌在Insights/Perspectives欄目發表了中國科學院微生物研究所微生物生理與代謝工程重點實驗室博士鞏伏雨和研究員李寅題為《非天然固碳》的展望文章。

　　大氣中二氧化碳濃度的不斷升高，促使科學家不斷研發新的二氧化碳轉化利用技術。自然界本身就具有二氧化碳的生物轉化利用能力。包括人們熟知、廣泛存在於植物和藻類中的卡爾文循環在內，在好氧或厭氧生物中已經發現了六種天然生物固碳途徑。

　　然而，這些天然固碳途徑的共同特點是能效比較低、速度比較慢。即便在微生物中實現這些天然固碳途徑的異源重構，由於並沒有改變固碳途徑的基本結構，仍然不能實現二氧化碳的快速生物轉化。

　　文章對同期發表的人工生物固碳途徑CETCH循環進行了評述。CETCH循環以迄今報導活性最高的羧化酶——巴豆烯醯輔酶A羧化酶/還原酶作為途徑設計的起點，設計並組裝了一條自然界中不存在的全新固碳途徑。相對於其他天然好氧固碳途徑而言，CETCH循環的步驟最短、能效最高，是生物固碳領域的一個重要突破，表明採用源於自然的固碳元件，有可能創造出超越自然的非天然固碳途徑。

　　文章同時指出，儘管體外實驗證明CETCH循環可以達到與卡爾文循環相當的固碳速率，但需注意，CETCH循環的出口化合物為還原度較低的乙醛酸。相對於其他以酵解途徑中間產物或乙醯輔酶A為出口化合物的天然固碳途徑而言，若將CETCH循環轉入活細胞生物體內，該循環與已有代謝途徑的結合可能更為困難。

　　文章進一步指出，近年來生物固碳途徑重構或創建取得了很多進展，但限制生物固碳效率的另一重要因素——能量供應還需要更加重視。未來，大幅度提高人工生物對光能的利用效率，或實現對低成本電能的直接利用，將是生物固碳領域的競爭焦點。

　　李寅課題組近年來在國家自然科學基金、科技部「973」計劃、中科院重點部署項目支持下，重點開展二氧化碳生物合成化學品的研究。創建了一系列可將二氧化碳轉化為乳酸、丙酮、異丙醇、丁醇、異戊二烯等材料或能源化學品的工程菌株，大幅度提高了藍細菌的光合作用效率，還實現了部分卡爾文循環在大腸桿菌中的功能重建。

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