超越自然！科學家成功開發出更高效捕獲二氧化碳的新方法

馬克斯·普朗克研究所的科學家研發出一種全新的合成途徑，能比自然界更高效地從空氣中捕獲二氧化碳，並已成功將該技術應用於活細胞。這項技術有助於以可持續的方式生產生物燃料和其他產品。

植物之所以廣爲人知，是因爲它們能夠將空氣中的二氧化碳轉化爲化學能以供其生長。目前大氣中的二氧化碳含量已經過高，並且每天都在增加，因此科學家們正試圖利用這一自然過程來控制二氧化碳水平，同時生產燃料和其他有用的分子。

在這項新研究中，馬克斯·普朗克研究所的科學家開發出一種全新的二氧化碳固定途徑，效果甚至比自然界的方法更好。他們將其稱爲THETA循環，該循環使用17種不同的生物催化劑生產一種名爲醋酰輔酶A的分子，這是一種生物燃料、材料和藥物的關鍵構建塊。

該循環圍繞着兩種已知最快的二氧化碳固定酶構建——酮戊二酸輔酶A羧化酶/還原酶和磷酸烯醇丙酮酸羧酶，這兩種酶都是從細菌中分離出來的。儘管這兩種酶單獨使用時的二氧化碳捕獲速度都超過了植物主要使用的酶的10倍以上，但自然演化似乎還沒有將它們自然配對。因此，科學家們代替自然進行了配對。

首先，該團隊在試管中構建了THETA循環，確認了其功能，即從空氣中捕獲兩個二氧化碳分子，並將其轉化爲一個醋酰輔酶A分子。然後，研究人員經過多輪實驗優化了它，使其產量提高了100倍。最後，他們開始將該循環融入到活細胞中，具體來說，是大腸桿菌。

這個17步的過程目前對一個細胞來說太複雜了，所以該團隊將其分解成三個模塊，並將這些模塊嵌入大腸桿菌。果然，每個模塊都如預期那樣工作。下一步是將所有模塊都整合在一個細胞中，但這需要將每個步驟與大腸桿菌的自然代謝同步。

然而，儘管如此，這個里程碑仍然很重要，該團隊表示。這項技術可以被改良，以指導微生物生產一系列有價值的化合物。

研究的首席作者羅珊珊說：“這個循環的特殊之處在於，它包含了幾種在細菌代謝中的中心代謝物作爲中間產物。這種重疊提供了開發模塊化實施方法的機會。我們的循環有可能直接通過擴展其輸出分子醋酰輔酶A，成爲從二氧化碳中產生有價值化合物的多功能平臺。”