无细胞多酶分子机器赋能二氧化碳的高值利用及其挑战

二氧化碳等温室气体排放导致的全球气候变暖及相应的气候灾难日益严重,开发高效二氧化碳捕获和利用 技术迫在眉睫。利用生物制造技术固定二氧化碳是合成生物学工程科学的一个重要攻关方向,其中挖掘和组装无 细胞多酶分子机器赋能二氧化碳高值利用,由于背景清晰、调控相对简单、副反应少和产率高等优点,受到越来 越多的关注。近期,JamesC. Liao教授团队人工设计和开发了新型的多酶复合分子机器,建立了用于二氧化碳固 定的闭合循环反应-还原型乙醛酸-丙酮酸合成路径 (reductive glyoxylate-pyruvate synthesis cycle),可以理论上实现 2分子二氧化碳 (碳酸氢盐) 到 1分子乙醛酸的合成反应,并设计和尝试了反应过程中监控辅因子浓度以提高酶 稳定性的策略。本文基于设计和组装体外多酶分子机器,聚焦辅因子工程以及利用多酶分子机器固定二氧化碳所 面临的挑战等角度讨论这篇工作并简述作者的相关思考。

忆王义翘教授对生物炼制的贡献和我对此领域未来发展的观点

本文目的是回忆王义翘(Daniel I.C.Wang)教授对生物炼制领域的贡献,以及作者与王教授在该领域的交往、互动和激励,并且作者针对生物炼制领域几个问题提出个人观点。王教授大力地推动多学科交叉的研究创新,使生化工程正式发展成为化学工程的一个前沿分支。为面向重大需求,王教授一生中多次调整他的科研方向。基于粮食原料的第一代生物炼制工厂生产工艺已经十分成熟,但对粮食安全和环境有着负面影响,发展受限。因为当前石油价格下行,基于非粮生物质的第二代生物炼制工厂受到预处理和纤维素酶成本的限制,举步维艰,在经济上暂时还缺乏可行性。未来的新生物炼制工厂能够将非粮生物质(如秸秆)有效地转化为多个产品,如粮食和饲料、健康糖以及众多大宗生物产品(如燃料和材料)。多种新生化工程工具的发展和使用将有助于新生物精炼厂的实现,例如整合生物加工、新酶发现和利用、体外合成生物学(如多酶分子机器)、基因工程、合成生物学等。未来的新生物精炼厂将具有工业可放大性、经济可盈利性和环境可持续性的性质。种植多年生的非粮作物和未来生物炼制工厂相结合,将有可能帮助解决中国社会经济发展所面临的重大需求,如粮食安全、能源安全、大健康以及环境保护等。

合成生物学工业应用的现状和展望

通过合成生物学技术可以实现化学品的生物合成,从而为摆脱石油资源依赖提供了可能。合成生物学技术的发展极大地提高了微生物细胞工厂生产化学品的能力,创造的新菌种、新工艺可以有效替代传统工艺,显著降低污染,大幅减少能耗,提升传统发酵行业的技术水平。文章对利用合成生物学技术构建细胞工厂以及构建多酶分子机器来生产化学品的关键因素和典型案例进行了综述,并对合成生物学技术工业应用的未来进行了展望。