生物工程微生物群落共同儲存碳

光合作用是一種有價值的封存二氧化碳的自然系統(tǒng)。然而，簡單地形成生物質(zhì)并不能充分利用這個系統(tǒng)。一個中國研究小組的研究發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志上，他們現(xiàn)在已經(jīng)通過基因工程改造了一個微生物群落，可以作為一個活的碳匯。在這個群落中，二氧化碳首先通過光合作用轉(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)中使用各種細菌菌株來生產(chǎn)特定的化學(xué)品。例如，一些轉(zhuǎn)基因菌株會產(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，由于細菌需要能量和營養(yǎng)，因此細菌生產(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產(chǎn)生有用的化學(xué)物質(zhì)。然而，許多光合自養(yǎng)生物會產(chǎn)生蔗糖作為它們儲存的糖分，而正是這些糖分正是生物工程細菌難以消耗和利用的。

考慮到這一點，上海(中國)上海交通大學(xué)的JunNi研究小組對候選細菌菌株進行了系統(tǒng)搜索，這些菌株可以進行生物工程改造，但也可以在蔗糖上自然生長。他們在一種名為Vibrionatriegens的海洋細菌中找到了他們正在尋找的東西：“幸運的是，V.natriegens自然地擁有完整的蔗糖轉(zhuǎn)運和代謝途徑，”作者透露。此外，V.natriegens可以進行基因操作并耐受鹽脅迫。這一點很重要，因為鹽會刺激光合作用的藍藻產(chǎn)生蔗糖，從而產(chǎn)生相互增強的過程。

然后研究小組利用這些知識生產(chǎn)了一個集成的模塊化系統(tǒng)，用于從V.natriegens和已知的藍藻Synechococcuselongatus中封存CO2。他們使用基因工程提高了藍藻的糖產(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)。在一個意想不到的高效過程中，研究小組觀察到藍藻可能將營養(yǎng)物質(zhì)包裝在囊泡中，然后將其排出體外。然后海洋細菌很容易能夠攝取這些囊泡。

該團隊生產(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。這種細菌與藍藻共生，產(chǎn)生了碳負平衡的化學(xué)物質(zhì)。“這個系統(tǒng)每噸產(chǎn)品可以吸收超過20噸二氧化碳，”該團隊報告說。作者認為他們的結(jié)果證明共生微生物群落可以用作有效的碳匯。

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