负碳人工光合群落的设计、优化与应用

CO_(2)生物转化技术的开发为解决能源转型和气候变化问题提供了可能。人工光合群落是由密切协作的光合自养微生物与异养微生物组成的新一代生物炼制平台,能够通过群落成员间的互利代谢分工,高效地利用光能将CO_(2)直接转化为生物质和多种化学品,是实现负碳生物制造的潜在途径之一,因其在适用性和鲁棒性方面的优势受到了广泛的关注。近年来,随着系统生物学研究和合成生物技术的快速发展,多种研究策略被用于人工光合群落的设计与优化,取得了长远的进展,促进了对光合群落生产的理解。本文综述了光合群落的互作机制、独到优势和系统生物学研究方法,着重介绍人工光合群落的底盘升级、固定化/区室化技术、加强内部多层次调控等设计与优化策略以及在不同领域的应用进展。在此基础上,探讨了进一步将人工光合群落规模化应用所面临的光合效率和中间碳水化合物限制以及外源生物污染等潜在挑战,对纳米半导体材料杂合、物种间精细互作关系调控、基于多组学数据的群落模型构建等未来的改造方向和研究策略进行了展望。