电能辅助二氧化碳生物转化

CO_(2)排放带来全球性气候变化问题,为此世界各国纷纷采取了一系列减排固碳措施。我国于2020年提出“碳达峰,碳中和”发展目标,推进固碳技术发展迫在眉睫。受益于近年来合成生物学领域的迅猛发展,基于酶或微生物催化的CO_(2)生物转化研究在酶元件、途径和系统的人工设计改造等方面取得一系列重要进展,典型产物代表有燃料、氨基酸、淀粉、单细胞蛋白、生物塑料及其他多种生化产品。为此,CO_(2)也被认为是第三代生物原料。CO_(2)转化的关键在于外加能量活化CO_(2)分子,相比于光能、热能和化学能等,电能在成本投入和小型便捷方面优势突出,因此更受科学界和产业界青睐。CO_(2)生物转化利用电能分为两种方式,即生物直接利用电能固定CO_(2)和利用电能间接辅助CO_(2)生物转化[包括电催化CO_(2)还原、电再生辅因子(如NADH)、电解水制氢]。本文全面介绍了这两种方法在CO_(2)生物转化方面的研究进展,分析了可能的固碳机制,并讨论了不同方法的优点和缺点。此外,还提出了合成生物技术应对低效CO_(2)生物转化时的可能策略如挖掘高活性固碳酶、酶工程改造提高酶与电极之间的电子传递效率、代谢工程改造丰富固碳微生物的产物种类和提高固碳效率等,以期相关研究能真正走向实际应用,助力我国双碳目标的实现。