植物和藻類等光合生物可以通過光合作用轉(zhuǎn)化太陽能，但傳統(tǒng)工業(yè)微生物依賴“太陽能—光合生物—糖—微生物—產(chǎn)品”的傳統(tǒng)路徑，無法直接利用光能，光能利用效率較低。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院等成功構(gòu)建出一種人工光合工程細(xì)胞，使非光合工業(yè)微生物能夠直接利用太陽能，驅(qū)動(dòng)廢棄碳源向高附加值化學(xué)品高效轉(zhuǎn)化。

　　團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)不同形貌的半導(dǎo)體納米材料，系統(tǒng)優(yōu)化材料光吸收性能。團(tuán)隊(duì)還將二維半導(dǎo)體材料直接送入微生物細(xì)胞內(nèi)部，在細(xì)胞內(nèi)裝上“人工捕光天線”。這種“入胞式”設(shè)計(jì)顯著縮短了電子傳輸距離，降低能量損耗，使光生電子直接在細(xì)胞內(nèi)部參與代謝反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)從“外部供能”向“內(nèi)部驅(qū)動(dòng)”的轉(zhuǎn)變。工程微生物由此真正具備了直接利用太陽能進(jìn)行生物合成的能力。

　　在材料創(chuàng)新基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)解析了光電子驅(qū)動(dòng)代謝重構(gòu)的分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了焦磷酸硫胺素在光生電子向生物能量分子轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮關(guān)鍵“橋梁”作用，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)關(guān)鍵的能量分子（NAD(P)H與ATP）的再生，實(shí)現(xiàn)無機(jī)光電子與細(xì)胞能量分子之間的高效耦合。

　　在研究試驗(yàn)中，人工光合作用工程細(xì)胞成功合成了多種高附加值產(chǎn)品，顯示出廣泛的產(chǎn)品開發(fā)潛力以及在規(guī)?；a(chǎn)和廢碳升級(jí)轉(zhuǎn)化方面的應(yīng)用前景。

　　該研究在細(xì)胞內(nèi)部建立了太陽能向生物能量分子高效轉(zhuǎn)化的通路，實(shí)現(xiàn)太陽能與生物制造的深度融合，為可再生能源直接驅(qū)動(dòng)綠色化學(xué)品生產(chǎn)提供了新范式。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-可持續(xù)發(fā)展》（Nature Sustainability）上。

人工光合工程細(xì)胞內(nèi)光電子流，推動(dòng)廢棄碳資源高效升級(jí)轉(zhuǎn)化