近日，《自然·合成》（Nature Synthesis）以“Light-driven biosynthesis of volatile, unstable and photosensitive chemicals from CO2”为题发表了上海交通大学张江高等研究院合成科学创新研究中心倪俊长聘教轨副教授课题组（生命科学技术学院）的最新成果，该研究通过设计稳定的中间化合物将碳封存模块和休止细胞催化模块连接，实现CO2到多种高附加值产品的合成。

       CO2生物转化对于碳减排和石油基产品替代具有重要意义。然而，基于光合微生物的负碳生物制造还面临一些挑战，这种技术目前无法生产光敏感和胞内不稳定的化合物，限制了其应用。针对这些挑战性问题，研究团队开发了新型的组合策略，通过稳定的中间化合物将合成路径划分为碳封存模块和休止细胞催化模块，从而实现了将CO2高效转化为多种难以光驱动合成的物质。

图1. 模块化策略用于光驱动CO2转化的负碳生物合成

       本研究中，首先基于光合微生物聚球藻构建碳封存模块，将CO2转化为稳定的中间化合物，肉桂酸及其衍生羧酸，这些物质具有光稳定性，可分泌性和内源酶不代谢性。同时，研究团队者基于聚球藻构建光合催化模块，通过碳封存模块和光合催化模块结合，生产了多种烯烃产物，产量比单一模块提高了数十倍。随后，研究团队基于大肠杆菌构建休止细胞催化模块，并结合多重基因编辑和蛋白融合等策略提高催化效率。将碳封存模块和不同休止细胞催化模块相结合，成功将CO2直接转化为了光敏感性产物（姜黄素和东莨菪素）以及胞内不稳定产物（肉桂醛和香兰素），同时还将这种策略拓展至白藜芦醇和柚皮素等产物的合成。最后，通过将光生物反应器和发酵罐的联用，成功将大多数产物的产量提升至g/L。作为一种负碳生物合成技术，据估算，利用这种策略，生产一吨目标产品可以吸收17.2-180.9吨的CO2。该研究首次实现了利用CO2直接合成多种高附加值产品，不仅为拓宽了光驱动合成技术的应用场景，也为碳捕集和碳利用提供了新的方向，有望促进负碳制造产业和循环经济的发展。

图2. 基于iPRCC策略的天然化合物合成路径

       这项工作依托微生物代谢国家重点实验室，得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金和上海市科委启明星项目资助。上海交通大学生命科学技术学院李朝风博士生为文章的第一作者，倪俊长聘教轨副教授为通讯作者。