中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究團(tuán)隊(duì)提出一種全新的人工固碳途徑——LATCH。LATCH包含10個(gè)完全已知的酶促步驟，每次循環(huán)可將兩分子HCO??轉(zhuǎn)化為一分子乙酰輔酶A，所需能量形式僅為三磷酸腺苷和還原型輔酶Ⅱ。動力學(xué)和熱力學(xué)建模分析顯示，其為線性自催化循環(huán)結(jié)構(gòu)，無動力學(xué)陷阱或熱力學(xué)障礙，具有高度可行性和持續(xù)開發(fā)價(jià)值，可為光合微生物、植物及工程化細(xì)胞工廠等體系的效率提升提供思路。

　　在親本模塊選擇上，科研團(tuán)隊(duì)參考了圍繞絲氨酸循環(huán)研究，設(shè)計(jì)了改良版本的絲氨酸循環(huán)，簡化了途徑結(jié)構(gòu)，繞開羥基丙酮酸參與的低效環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了途徑在異源宿主大腸桿菌中的功能發(fā)揮。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還將絲氨酸循環(huán)中氨基酸脫氨和轉(zhuǎn)氨步驟替換為脫羧過程，形成擺脫甲酸依賴的MCG循環(huán)，其可將卡爾文循環(huán)和糖酵解等過程產(chǎn)生的甘油酸3-磷酸進(jìn)一步以負(fù)碳模式轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A。研究還參考了關(guān)于回收Rubisco副產(chǎn)物乙醇酸-2磷酸開發(fā)的系列光呼吸旁路觀點(diǎn)，其中TaCo模塊因包含人工羧化反應(yīng)，理論最大得率達(dá)150%。本研究發(fā)現(xiàn)通過引入乙醛酸還原酶這一關(guān)鍵步驟，來發(fā)揮“分子門閂”作用，可實(shí)現(xiàn)天然絲氨酸循環(huán)與人工羧化模塊TaCo的重組，并產(chǎn)生功能質(zhì)變——由依賴有機(jī)底物的兩類親本模塊，轉(zhuǎn)化為完全的固碳循環(huán)。

　　基于模塊整合形成的LATCH循環(huán)，從動力學(xué)分析表明，該途徑為線性自催化循環(huán)，理論上可避免動力學(xué)陷阱的同時(shí)，免去對復(fù)雜調(diào)控關(guān)系的建立需求。同時(shí)，途徑中有8個(gè)步驟均可得到三磷酸腺苷、還原力或高能底物的熱力學(xué)助力，其余兩個(gè)裂解酶催化過程同樣不構(gòu)成熱力學(xué)瓶頸。上述計(jì)量學(xué)、動力學(xué)和熱力學(xué)層面的內(nèi)在優(yōu)勢，為LATCH的持續(xù)開發(fā)與應(yīng)用拓展奠定了基礎(chǔ)。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《綠碳》（Green Carbon）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。 

新型人工固碳途徑LATCH循環(huán)