光合作用是一種有價(jià)值的封存二氧化碳的自然系統(tǒng)。然而，簡(jiǎn)單地形成生物質(zhì)并不能充分利用這個(gè)系統(tǒng)。一個(gè)中國(guó)研究小組的研究發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》雜志上，他們現(xiàn)在已經(jīng)通過(guò)基因工程改造了一個(gè)微生物群落，可以作為一個(gè)活的碳匯。在這個(gè)群落中，二氧化碳首先通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化為糖，然后糖再轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)物質(zhì)。
生物技術(shù)中使用各種細(xì)菌菌株來(lái)生產(chǎn)特定的化學(xué)品。例如，一些轉(zhuǎn)基因菌株會(huì)產(chǎn)生乳酸，而乳酸又可用于生產(chǎn)可生物降解的塑料聚乳酸(PLA)。其他菌株用于豐富生物燃料或藥物的前體。然而，由于細(xì)菌需要能量和營(yíng)養(yǎng)，因此細(xì)菌生產(chǎn)化學(xué)品的效率通常很低。
相比之下，光養(yǎng)生物自然地從二氧化碳、水和陽(yáng)光中產(chǎn)生糖分。因此，在共生群落中，產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)的細(xì)菌理論上可以將這種糖用作食物，從而使它們成為潛在的碳匯并同時(shí)產(chǎn)生有用的化學(xué)物質(zhì)。然而，許多光合自養(yǎng)生物會(huì)產(chǎn)生蔗糖作為它們儲(chǔ)存的糖分，而正是這些糖分正是生物工程細(xì)菌難以消耗和利用的。
考慮到這一點(diǎn)，上海(中國(guó))上海交通大學(xué)的JunNi研究小組對(duì)候選細(xì)菌菌株進(jìn)行了系統(tǒng)搜索，這些菌株可以進(jìn)行生物工程改造，但也可以在蔗糖上自然生長(zhǎng)。他們?cè)谝环N名為Vibrionatriegens的海洋細(xì)菌中找到了他們正在尋找的東西：“幸運(yùn)的是，V.natriegens自然地?fù)碛型暾恼崽寝D(zhuǎn)運(yùn)和代謝途徑，”作者透露。此外，V.natriegens可以進(jìn)行基因操作并耐受鹽脅迫。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)辂}會(huì)刺激光合作用的藍(lán)藻產(chǎn)生蔗糖，從而產(chǎn)生相互增強(qiáng)的過(guò)程。
然后研究小組利用這些知識(shí)生產(chǎn)了一個(gè)集成的模塊化系統(tǒng)，用于從V.natriegens和已知的藍(lán)藻Synechococcuselongatus中封存CO2。他們使用基因工程提高了藍(lán)藻的糖產(chǎn)量，并在V.natriegens中添加了基因，從而增加了糖的吸收和轉(zhuǎn)化為化學(xué)物質(zhì)。在一個(gè)意想不到的高效過(guò)程中，研究小組觀察到藍(lán)藻可能將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包裝在囊泡中，然后將其排出體外。然后海洋細(xì)菌很容易能夠攝取這些囊泡。
該團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)了四種V.natriegens變體，以生產(chǎn)乳酸、用于生物燃料合成的丁二醇，或生產(chǎn)作為化學(xué)品和藥物前體的香豆素和黑色素。這種細(xì)菌與藍(lán)藻共生，產(chǎn)生了碳負(fù)平衡的化學(xué)物質(zhì)。“這個(gè)系統(tǒng)每噸產(chǎn)品可以吸收超過(guò)20噸二氧化碳，”該團(tuán)隊(duì)報(bào)告說(shuō)。作者認(rèn)為他們的結(jié)果證明共生微生物群落可以用作有效的碳匯。
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