老熟女老女人国产老太婆_99精品国产高清一区二区伊_日本天码AⅤ片在线电影_国产二区交换配乱婬

在多數(shù)人的認知里，大腸桿菌是一種致病菌，很難想象它能和綠色制造與緩解全球變暖沾上邊。

中南林業(yè)科技大學教授劉高強團隊聯(lián)合江南大學教授劉立明團隊成功在大腸桿菌中構建人工光合系統(tǒng)（人工葉綠體）。這是科學家首次在非光合微生物體內(nèi)構建全新的人工光合系統(tǒng)。

在此基礎上，科研團隊在大腸桿菌里設計了類似小程序的能量適配器，讓該光合系統(tǒng)能被編程為3種模式，使大腸桿菌可以利用光能和二氧化碳等一碳底物合成丙酮、蘋果酸和α-酮戊二酸3種產(chǎn)品，并實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的負碳足跡。日前，相關研究成果發(fā)表于《自然-通訊》。

為什么是大腸桿菌？

在全球氣候變化與環(huán)境問題日益嚴重的背景下，世界各國都在竭力尋找能夠大幅減少碳排放的解決方案。

生物固碳被認為是最有效的降碳方式之一。它就像給地球裝了一個巨型的空氣凈化器，植物就像凈化器里的濾芯，通過光合作用把大氣中的二氧化碳“吸”進去，然后轉(zhuǎn)化成生長需要的能量和物質(zhì)，同時釋放氧氣。這樣，大氣中的二氧化碳就被固定下來。這個過程就是生物固碳。

自然光合作用能將太陽能和大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)。盡管藍藻等少數(shù)微生物也具有光合作用，但種類少、效率低且無法被人類大規(guī)模利用。在林業(yè)高校長期從事微生物領域研究的劉高強表示，雖然大多微生物制造本身就是綠色制造，但團隊一直在思考如何通過微生物將自然界中的碳固定下來，或轉(zhuǎn)化為其他高價值產(chǎn)品。

“事實上，微生物的本領很大，很多生物制造產(chǎn)業(yè)都是靠微生物支撐的�！眲⒏邚娬f。

那么，該選哪一種微生物作為研究對象？

大腸桿菌和酵母是兩種被人類廣泛用于大規(guī)模產(chǎn)品生產(chǎn)的工業(yè)微生物和模式微生物。“人們可能對酵母更熟悉一些，對大腸桿菌的認識則停留在腸道中的致病菌�！眲⒏邚娬f，其實大腸桿菌是一種條件致病菌，只有在特定條件下才會致病。人們對它的研究已經(jīng)很透徹，比如它的細胞結(jié)構和功能、遺傳信息等都比較清晰；它能大規(guī)模培養(yǎng)，約超過30%的重組蛋白質(zhì)藥物是通過大腸桿菌表達生產(chǎn)的；它還可以生產(chǎn)酸奶、氨基酸、乙醇、酶以及抗生素、疫苗等產(chǎn)品。

同時，劉立明團隊此前圍繞作為底盤菌株的大腸桿菌做了一定的研究。因此，大腸桿菌最終被該團隊選為實驗對象。

“穿針引線”造光反應

選定實驗對象后，如何讓不具備光合作用的大腸桿菌進行光合反應？

進行光合作用必須有光反應和暗反應這兩個重要階段。光反應就像光合作用中的“發(fā)電站”，是利用光能制造ATP（腺嘌呤核苷三磷酸）和NADPH（還原型輔酶Ⅱ）這兩個能量分子；暗反應則像是光合作用中的“工廠”，植物利用光反應產(chǎn)生的兩種能量分子固定二氧化碳，這個階段不需要光，在黑暗中也能進行。

“4年多前我們就開始了這項研究�！碑敃r，論文第一作者童天還是劉高強和劉立明聯(lián)合培養(yǎng)的一年級博士生，“這項研究貫穿了我的整個博士階段” 。

在沒有光合作用的微生物里構建人工光合系統(tǒng)，以前雖研究過，但可供該團隊借鑒的并不多。好在劉立明團隊之前對暗反應已經(jīng)做了相關研究。

劉立明表示，構建光反應，最關鍵的步驟是引入一個能捕獲外界光的系統(tǒng)。天然光合細菌的光系統(tǒng)蛋白復合物結(jié)構與功能已被解析，其光合反應的核心蛋白為PufL。

“PufL內(nèi)部結(jié)合著細菌葉綠素a，基于此，我們猜想只要將PufL核心蛋白放置在大腸桿菌中，再讓其與細菌葉綠素a的類似物結(jié)合，就可以組成一個簡易的光系統(tǒng)，實現(xiàn)捕獲光能�！眲⒘⒚髡f。

有了構想，團隊立即著手構建光反應模型。“模型既要把核心蛋白組裝到大腸桿菌的細胞膜上，還要讓它固定下來，然后調(diào)控核心蛋白的表達強度，這個過程只有不斷試錯才能完成。”童天說。

一開始，做了大量調(diào)研的童天信心滿滿，以為很快就能構建好光反應模型。然而，一次次的實驗失敗讓他意識到困難重重�！笆冀K沒法捕獲光能。”

“那段時間每周和導師交流實驗進度，結(jié)果都是‘無進展’�！北藭r的童天已到了博士生二年級后期，是時候確定研究方向和課題了�！耙苍�想過換個方向，但這又是我喜歡的，舍不得。好在導師不斷開導，讓我在反復調(diào)研最新文獻中找到了思路�！�

通過反復調(diào)研最新文獻，童天發(fā)現(xiàn)，有研究團隊解析了光合細菌的光系統(tǒng)蛋白復合物結(jié)構。在這些蛋白結(jié)構解析中，他發(fā)現(xiàn)了光系統(tǒng)核心蛋白PufL。為了將核心蛋白PufL引入大腸桿菌中，該團隊挖掘到大腸桿菌自身的跨內(nèi)膜蛋白NuoK*。所謂跨內(nèi)膜蛋白，就是能穿過細菌內(nèi)膜的蛋白質(zhì)，它們能讓一些特定的物質(zhì)進出細胞。

錨定蛋白就像細胞里的“支架”，能把細胞里的其他重要成分牢牢固定在一起�！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，將NuoK*作為錨定蛋白時，它能利用自身機制以類似‘穿針引線’的方式將PufL核心蛋白穿入內(nèi)膜中，并以‘手拉手’的形式組成骨架蛋白復合物NuoK*+PufL�！蓖�天說。

在此基礎上，為了讓光系統(tǒng)實現(xiàn)太陽能捕獲，研究人員在大腸桿菌細胞中合成了一種細菌葉綠素a分子的類似物MgP，并將其以“搭橋”的方式連接到大腸桿菌細胞代謝途徑上，從而構建了一個全新的光反應。

“正式發(fā)表的論文中，主圖有8幅，附圖多達51幅。這些圖表是經(jīng)過無數(shù)次失敗后才得到的�！蓖�天告訴記者。

設計“小程序”實現(xiàn)智能生產(chǎn)

和天然的大腸桿菌相比，構建了光反應的大腸桿菌，其細胞內(nèi)的ATP和NADH（還原型輔酶Ⅰ）含量分別增加了337.9%和383.7%。

光反應和暗反應是光合作用中兩個相互依存、相互制約的過程，光反應產(chǎn)生能量，才能驅(qū)動暗反應。有了光反應，如何將其與暗反應有效銜接，對于光合作用的順利進行至關重要。

為此，研究團隊在大腸桿菌的細胞內(nèi)設置了一個能量感受器和能量執(zhí)行器，讓二者構成一個基因回路。這好比一個“小程序”，感受器和執(zhí)行器均可根據(jù)接收到的信號作出相應調(diào)整。

“將光反應、暗反應和‘小程序’組裝起來，就形成了一個智能的全新光合系統(tǒng)�！眲⒘⒚鞅硎荆�如果不加“小程序”，光合系統(tǒng)依然能起作用，但功能單一，只能生產(chǎn)簡單的產(chǎn)品；加了“小程序”，則可通過對其編程生產(chǎn)不同產(chǎn)品。

目前，該團隊研發(fā)的人工光合系統(tǒng)已經(jīng)能夠被編程為3種模式，可以生產(chǎn)丙酮、蘋果酸和α-酮戊二酸3種產(chǎn)品。

那么，這套人工光合系統(tǒng)離實現(xiàn)工業(yè)應用還有多遠？對此，劉高強表示，目前系統(tǒng)仍處于實驗室實驗階段，其系統(tǒng)元件配置、穩(wěn)定性和產(chǎn)品生產(chǎn)工藝等還需要不斷優(yōu)化�！拔覀冊诶�用人工光合系統(tǒng)讓非光合微生物進行光合作用方面已經(jīng)邁出了很重要的一步。這給了我們很多啟示，未來將嘗試在酵母甚至大型藥用菌等微生物中構建人工光合系統(tǒng)，讓可大規(guī)模生產(chǎn)的微生物將光能轉(zhuǎn)化為代謝能，發(fā)揮更大的生物制造效益�！�

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-55498-y

（原題： 人工光合系統(tǒng)實現(xiàn)“負碳”生物智造）