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Science:中科院微生物所李寅课题组发表固碳展望文章

摘要 : 2016年11月18日,国际顶尖学术期刊《Science》杂志上在线发表了中国科学院微生物研究所微生物生理与代谢工程重点实验室巩伏雨博士和李寅研究员题为“非天然固碳”的展望文章。

 2016年11月18日,国际顶尖学术期刊《Science》杂志上在线发表了中国科学院微生物研究所微生物生理与代谢工程重点实验室巩伏雨博士和李寅研究员题为“非天然固碳”的展望文章。

大气中二氧化碳浓度的不断升高,促使科学家不断研发新的二氧化碳转化利用技术。自然界本身就具有二氧化碳的生物转化利用能力。包括人们熟知、广泛存在于植物和藻类中的卡尔文循环在内,在好氧或厌氧生物中已经发现了六种天然生物固碳途径。

然而,这些天然固碳途径的共同特点是能效比较低、速度比较慢。即便在微生物中实现这些天然固碳途径的异源重构,由于并没有改变固碳途径的基本结构,仍然不能实现二氧化碳的快速生物转化。

文章对同期发表的人工生物固碳途径CETCH循环进行了评述。CETCH循环以迄今报道活性最高的羧化酶——巴豆烯酰辅酶A羧化酶/还原酶作为途径设计的起点,设计并组装了一条自然界中不存在的全新固碳途径。相对于其他天然好氧固碳途径而言,CETCH循环的步骤最短、能效最高,是生物固碳领域的一个重要突破,表明采用源于自然的固碳元件,有可能创造出超越自然的非天然固碳途径。

文章同时指出,尽管体外实验证明CETCH循环可以达到与卡尔文循环相当的固碳速率,但需注意,CETCH循环的出口化合物为还原度较低的乙醛酸。相对于其他以酵解途径中间产物或乙酰辅酶A为出口化合物的天然固碳途径而言,若将CETCH循环转入活细胞生物体内,该循环与已有代谢途径的结合可能更为困难。

文章进一步指出,近年来生物固碳途径重构或创建取得了很多进展,但限制生物固碳效率的另一重要因素——能量供应还需要更加重视。未来,大幅度提高人工生物对光能的利用效率,或实现对低成本电能的直接利用,将是生物固碳领域的竞争焦点。

原文链接:

Fixing carbon, unnaturally

原文摘要:

Rising atmospheric carbon dioxide (CO2) concentration as a result of extensive use of fossil fuel resources is one of the main causes of global warming. Natural photosynthesis converts 100 billion tons of CO2 into biomass annually (1). Although natural photosynthesis plays a vital role in absorbing CO2 emitted from fossil fuel use, it cannot prevent the net increase of atmospheric CO2 concentration since the Industrial Revolution. Natural CO2 fixation is mainly achieved by a CO2 fixation pathway called the Calvin cycle, in which ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO) is the key enzyme. To date, six CO2 fixation pathways, including the Calvin cycle, have been discovered (2). On page 900 of this issue, Schwander et al. (3) report a synthetic CO2 fixation pathway that is more energy efficient than the Calvin cycle, expanding the capabilities for recapturing atmospheric CO2 for use as a carbon feedstock.

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