近日，上海交通大学生命科学技术学院/张江高等研究院合成科学创新研究中心倪俊团队在Journal of the American Chemical Society期刊上发表题为“Facilitated channeling of fixed carbon and energy into chemicals in artificial phototrophic communities”的最新研究。在前期研究中，倪俊课题组开发了高度兼容的人工光合群落用于生物合成（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202215013；ChemBioChem 2023, 24, e202300122），并基于空间分割策略来耦合光合固碳和休止细胞催化，实现CO₂到多种高附加值产品的g/L级合成（Nat. Synth. 2023, 2, 960-971）。最新的这项研究是该团队在人工微生物系统驱动CO₂生物转化领域的又一突破。该研究开发了通用型的碳固定模块，并基于此进一步拓宽了人工光合群落的创制边界，实现了光驱动CO₂高效合成多种化学品。

CO₂高值资源化利用技术有望同时缓解气候变化和实现可持续的生物制造,人工光合群落可以通过成员分工协作，减少代谢负担，提高CO₂的整体利用效率，在高附加值产品生产、生物修复和医学领域拥有着广阔的应用前景。然而,人工光合群落成员的适配度较低,导致物种之间碳和能量传递速率较为低效，严重限制了CO₂到目标分子的合成途径。

这项研究工作基于光合微生物蓝细菌开发了一种通用型的CO₂固定模块,将碳和能量高效地固定到易于代谢的中间碳源-甘油中。通过基于KEGG数据库进行生物信息学分析和环境样本采样测序分析,发现自然界有超7,000多种微生物能够利用甘油,有望和通用型碳固定模块构建人工光合群落。团队通过将产甘油的蓝细菌与模式微生物大肠杆菌和酿酒酵母共培养构建人工光合群落,实现了依克多因、3-羟基丙酸、红没药烯和琥珀酸等化合物的合成。除此之外，该团队还继续探索了通用型碳固定模块与其它工业微生物合作的潜力,将其与凝结芽孢杆菌和谷氨酸棒状杆菌等分别构建人工光合群落并用于苯乙醇等十余种化合物合成。接着,通过转录组学分析发现，高效的碳和能量交流、加速的电子传递和营养循环可能在促进物种互相作用中发挥着关键的作用。

图：基于通用型碳固定模块的人工光合群落用于生物合成

该研究不仅拓宽了人工光合群落的创制边界，还打造了“即插即用”的负碳生物合成平台，显著提高了CO₂到化合物的合成效率，有望促进低碳生物制造产业的发展。

上海交通大学生命科学技术学院/张江高等研究院博士研究生李朝风是该论文的第一作者，倪俊副教授为通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金青年学生基础研究项目和国家重点研发计划等的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c15940