彻底改变生物精炼厂迈向可持续的第三代二氧化碳利用技术

生物精炼厂的发展，从糖基和生物质原料转向第三代(3G)技术，标志着可持续发展的重大进展。3G生物精炼厂利用微生物细胞工厂或酶系统将CO2等一碳(C1)来源转化为由可再生能源驱动的增值化学品。

尽管天然C1同化微生物具有潜力，但碳固定效率低和产品范围有限等挑战阻碍了其可扩展性。通过合成生物学和计算工具设计的异养微生物为这些挑战提供了一个有前景的解决方案。目前的研究重点是通过利用电和光作为新兴策略的化学-生物混合系统来提高C1固定效率和所需化合物的生产率。

2023年10月，来自中国杭州的三位研究人员在BioDesignResearch上发表了题为“DesignandConstructionofArtificialBiologicalSystemsforOne-CarbonUtilization”的综述文章。在这篇综述中，讨论了过去十年第三代(3G)生物精炼厂发展的重大进展。

这些炼油厂专注于使用一碳(C1)来源，例如CO2、甲醇和甲酸盐，利用人工自养微生物、串联酶系统和化学生物混合系统。这种方法可以彻底改变生物技术，为工业生产提供可持续的替代策略。

这些发展的核心是天然CO2固定途径，该途径在为异养微生物(例如大肠杆菌和毕赤酵母)设计人工系统方面发挥了重要作用。尽管取得了这些进展，但诸如能量不平衡、碳固定效率低以及某些异养生物缺乏天然甲醇同化途径等挑战仍然存在。

化学-生物混合系统结合了电催化和生物催化，有望实现高效的CO2转化。然而，维持代谢稳定性和酶活性等问题仍然需要解决。

克服这些挑战对于这些人工生物系统在C1利用方面的成功至关重要，这对包括制药、农业和食品生产在内的各个行业具有潜在的变革性影响。