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人工合成的生物代谢路径固定二氧化碳的效率更高

2016-11-25 487浏览 标签: 德国人工光合作用

  在未来,温室气体二氧化碳可以通过新的生物学方法移除。由Tobias Erb博士带领的来自德国马克斯普朗克陆地微生物研究所的团队研发出了一种人工合成的生物代谢路径,以植物的光合成反应为模板,从大气中固定二氧化碳,并拥有超过植物系统20%的效率。


图:人工光合作用的原理


    相关研究成果近期在Science杂志刊出,德国马普所于2016年11月21日发布官方消息对此项研究进行了介绍。二氧化碳在植物中的固定是在光合作用暗反应中完成的,从二氧化碳到糖的生物反应过程的每一个步骤都涉及了植物本身的生物酶与生物催化,是一个协作的过程。事实上,植物的二氧化碳固定酶(名为RuBisCo,核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶)并不是最高效的固定酶,有些细菌拥有效率成倍超过植物的二氧化碳固定酶。

       

    Tobias Erb博士就成功地从一种细菌中分离出这样一种酶,其命名为“Crotonyl-CoA Carboxylase/Reductase (巴豆酰辅酶A羧化酶/还原酶)”,这种酶的二氧化碳固定效率是RuBisCo的20倍。


图 研究人员通过计算机模拟将一些酶进行调整,使其能够与植物的光合成代谢循环兼容(图片来自马普所)


    Tobias Erb博士和他的团队基于这种酶,从四万种已知酶的数据库中挑选出了几十个候选者,利用计算机模拟和生物酶工程技术对酶进行调整和测试,最终得到了17种酶,在实验室中搭建成了一套人工合成的光合作用暗反应循环,比植物的天然循环高出20%的效率。


    这17种酶来自3大类9个不同的物种,还有3个是人工设计酶。这套酶循环系统既可以通过生物技术和基因手段嫁接入光合细菌或藻类中,也可以同太阳能等人工光电系统相连接,为人工光合作用的应用带来了更多的可能。


    人工光合作用系统是科学家向造物的致敬,研究团队下一步将对反应产物进行进一步研究,期望能在将来通过酶的调整,可以得到任意的二氧化碳化合产物。

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