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    光明日报 2022年04月29日 星期五

    二氧化碳-乙酸-葡萄糖

    我国科学家发明二氧化碳还原合成葡萄糖新方法

    作者:本报记者 齐芳 《光明日报》( 2022年04月29日 08版)

      本报北京4月28日电 记者齐芳从中国科学院获悉,我国科学家通过电催化结合生物合成的方式,将二氧化碳高效还原合成高浓度乙酸,进一步利用微生物可以合成葡萄糖和油脂。

      中国科学院院士、中国催化专业委员会主任李灿研究员评价:“该工作耦合人工电催化与生物酶催化过程,发展了一条由水和二氧化碳到含能化学小分子乙酸,后经工程改造的酵母微生物催化合成葡萄糖和游离的脂肪酸等高附加值产物的新途径,为人工和半人工合成‘粮食’提供了新的技术。”

      这一成果由电子科技大学夏川课题组、中国科学院深圳先进技术研究院于涛课题组与中国科学技术大学曾杰课题组共同完成,以封面文章的形式发表在北京时间28日出版的国际学术期刊《自然·催化》上。

      二氧化碳“变身”的第一步,是在温和条件下变成“食醋”。“我们需要把二氧化碳转化为可供微生物利用的原料,方便微生物发酵。”曾杰介绍,他们选择了乙酸——它不仅是食醋的主要成分,也是一种优秀的生物合成碳源,可以转化为葡萄糖等其他生物物质。

      在这个过程中,科研人员创造性地采取“两步走”策略——先高效得到一氧化碳,再从一氧化碳到乙酸,并通过新型固态电解质反应装置极大地提升了二氧化碳“变身”乙酸的转化效率。而这,也被业内人士认为是这一研究的最大亮点。

      二氧化碳“变身”的第二步,是让微生物“吃醋”产葡萄糖。于涛介绍,得到乙酸后,研究者们尝试利用酿酒酵母这一微生物来合成葡萄糖。

      “然而酿酒酵母本身也会代谢掉一部分葡萄糖,所以产量并不高。”于涛说,为了解决这个问题,研究团队敲除酿酒酵母中代谢葡萄糖的三个关键酶元件,废除了酿酒酵母代谢葡萄糖的能力;又敲除了两个疑似具备代谢葡萄糖能力的酶元件,插入来自泛菌属和大肠杆菌的葡萄糖磷酸酶元件,加强了其积累葡萄糖的能力。

      这一研究让人们看到,电催化合成结合生物合成,进而构建起的新型催化方式,能够助力高附加值化合物的生产。中国科学院院士、上海交通大学微生物代谢国家重点实验室主任邓子新评价:“该工作开辟了电化学结合活细胞催化制备葡萄糖等粮食产物的新策略,为进一步发展基于电力驱动的新型农业与生物制造业提供了新范例,是二氧化碳利用方面的重要发展方向。”

      曾杰说:“接下来,我们将进一步研究电催化与生物发酵这两个平台的同配性和兼容性。”未来,如果要合成淀粉、制造色素、生产药物等,只需保持电催化设施不改变,更换发酵使用的微生物就能实现。

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