2023年6月10日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所的研究團(tuán)隊(duì)以光自養(yǎng)生物為底盤，基于天然光合作用直接實(shí)現(xiàn)了葡萄糖的合成。研究發(fā)現(xiàn)以模式藍(lán)細(xì)菌藻株聚球藻PCC 7942為底盤，敲除其內(nèi)源性葡萄糖激酶基因后，無需導(dǎo)入任何外源催化和轉(zhuǎn)運(yùn)元件，僅通過短期的適應(yīng)性進(jìn)化就能獲得大量分泌葡萄糖的細(xì)胞工廠。結(jié)合基因組測序和遺傳改造驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，工程菌株大量合成葡萄糖是因?yàn)槠浒麅?nèi)存在穩(wěn)定的“磷酸糖-糖”代謝循環(huán)，而葡萄糖激酶活性阻斷導(dǎo)致葡萄糖的磷酸化“再利用”環(huán)節(jié)受阻，葡萄糖在胞內(nèi)大量積累形成代謝壓力；在適應(yīng)性進(jìn)化過程中，聚球藻基因組上synpcc7942_1161基因的一個單點(diǎn)突變（G274A）導(dǎo)致該基因轉(zhuǎn)錄大幅上調(diào)，并發(fā)揮葡萄糖外泌蛋白的作用，將葡萄糖分泌至胞外以解除胞內(nèi)高糖壓力。在機(jī)制解析的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合轉(zhuǎn)錄和代謝組分析，實(shí)施了系統(tǒng)的代謝工程改造和培養(yǎng)策略優(yōu)化，最終將葡萄糖產(chǎn)量提高至5 g/L，達(dá)到國際領(lǐng)先水平，提高了光驅(qū)固碳產(chǎn)糖技術(shù)的應(yīng)用潛力。相關(guān)研究成果發(fā)表在《Nature Communications》雜志上，題為“Unlocking the potentials of cyanobacterial photosynthesis for directly converting carbon dioxide into glucose”。

這項(xiàng)研究揭示了限制藍(lán)細(xì)菌光驅(qū)固碳合成葡萄糖潛力的遺傳與代謝因素，成功將光合作用固定的二氧化碳重定向至葡萄糖的合成和分泌途徑中。基于相關(guān)發(fā)現(xiàn)構(gòu)建了高效光驅(qū)固碳合成葡萄糖的藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞工廠，并為未來發(fā)展更高效的葡萄糖定向生產(chǎn)技術(shù)及工業(yè)化利用奠定了基礎(chǔ)。

注：此研究成果摘自《Nature Communications》雜志，文章內(nèi)容不代表本網(wǎng)站觀點(diǎn)和立場，僅供參考。