合成生物催化剂摘自:https://doi.org/ 10.1039/d2gc02467e

   CO2是地球上最主要的温室气体,但同时亦是自然界中最为丰富的C1资源。如何缓解CO2减排压力,为化工产业绿色可持续发展提供新的方法,成为全世界科学家们研究热点。而高效的CO2微生物固定技术,不仅能有效缓解温室效应,化学品生产开拓新原料,对实现“双碳”战略目标具有十分重要意义!

   番茄红素是一种天然存在的红色类胡萝卜素,因其具有抗氧化、抗癌、抗炎等特性而被广泛应用于医药、化妆品、食品等行业。番茄红素的制备方法主要有三种:植物提取法、化学合成法和微生物法。由于植物(主要是番茄)中番茄红素含量低及化学合成时有毒化学试剂残留等缺点,近年来对微生物合成番茄红素研究成为热点。

   近日发表在《Green Chemistry》上的“Enhanced CO2 capture for photosynthetic lycopene production in engineered Rhodopseudomonas palustris, a purple nonsulfur bacterium”中,研究者利用合成生物学技术成功构建了一种新型的光合细菌(沼泽红假单胞菌,R. palustris)细胞工厂,直接利用CO2和生物柴油的副产物(甘油)合成番茄红素。首先,采用提高番茄红素生物合成途径关键酶、MEP途径关键酶和异源MVA途径的表达水平,并敲除竞争途径关键基因等手段,增强番茄红素合成碳代谢流; 其次,通过宿主菌的适应性进化和外源甘油的添加,R. palustris光合自养固定CO2的效率得到极大提高。文中证明了甘油同化与CO2生物固定的显著协同效应机制。最终获得的工程菌株RPLYC45在补加甘油及CO2补料分批培养中番茄红素产量达到283.22 mg/gDCW,是原始菌株的87.4倍,这是迄今为止文献报道的光合细菌利用微生物固定CO2合成番茄红素所取得的最高产量。本研究表明:作为一种紫色非硫细菌,R. palustris具有非常大的应用潜力:可被设计成一种以CO2和废甘油为原料的微生物细胞工厂,用来生物合成高附加值萜烯类化合物及其他生物基化学品。