利用合成生物學(xué)方法增強微藻生產(chǎn)力

利用合成生物學(xué)方法增強微藻生產(chǎn)力利用合成生物學(xué)方法增強微藻生產(chǎn)力合成生物學(xué)微藻養(yǎng)殖成本過高阻礙了其生產(chǎn)綠色化學(xué)品和生物質(zhì)可持續(xù)性。而合成生物學(xué)領(lǐng)域最近的研究進(jìn)展可能有助于克服微藻在生產(chǎn)上的缺點。改善還原能力和碳流入有助于全面提高微藻生產(chǎn)力。增強光吸收，結(jié)合新技術(shù)快速引導(dǎo)電子通過電子傳遞鏈，可以提高藻細(xì)胞還原能力的產(chǎn)生。作者提出卡爾文循環(huán)可能不是最佳的二氧化碳固定途徑，其他合成途徑的固碳能力可能優(yōu)于CBB循環(huán)。然而，在新宿主中實現(xiàn)這些通路將是非常具有挑戰(zhàn)性的，這相當(dāng)于是在細(xì)胞中從零構(gòu)建一套全新的合成代謝系統(tǒng)?；旌蠣I養(yǎng)型培養(yǎng)和微生物電合成可以作為一種額外的能量和碳源來提高微藻的生產(chǎn)力。思路1.改善上游光合作用和CO2固定代謝。經(jīng)過了幾十年的研究，微藻生物燃料的成本仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)作物生產(chǎn)的生物燃料；因此，微藻目前僅用于生產(chǎn)色素和脂肪酸等高價值化合物，專注于競爭有限的利基市場；但是，環(huán)境問題可能遠(yuǎn)比我們預(yù)想的要更加嚴(yán)重，我們需要尋找更加可持續(xù)的替代性生產(chǎn)方法；故充分研究和發(fā)揮微藻在可持續(xù)生產(chǎn)生物質(zhì)和相關(guān)產(chǎn)品方面的潛力仍然是一個緊迫的課題。提高光合作用產(chǎn)生的還原能力。提高碳固定效率。RuBisCO(核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶)卡爾文循環(huán)示意圖通過光呼吸減少碳的損失。紫色的途徑表示了預(yù)測的微藻細(xì)胞(和植物)的自然光呼吸途徑，該途徑將乙醇酸轉(zhuǎn)運到葉綠體之外，并通過幾個代謝步驟將兩個乙醇酸分子轉(zhuǎn)化為甘油，甘油最后被運輸回葉綠體作為中間產(chǎn)物進(jìn)入卡爾文循環(huán)。在這個過程中，二氧化碳和氨被釋放出來，導(dǎo)致固定碳和能量的凈損失。黃色和紅色表示的兩種合成可替代的光呼吸途徑已被證明可以提高C3植物的生物量。使用新的合成代謝來提高碳固定效率。2.碳和能源的混合營養(yǎng)路徑。添加有機物直接或基于穿梭的電子共進(jìn)（生物電飼）微藻中微生物電合成(MES)概念圖。藍(lán)線表示MES參與的基礎(chǔ)NADH再生途徑。在這個過程中，水在陽極的裂解釋放出電子，這些電子可以直接被直接電子吸收系統(tǒng)利用，或者可以生成H2或甲酸鹽，它們可以作為介質(zhì)分子參與電子傳遞過程。在各種合成生物學(xué)策略中，哪一種策略或策略組合最有希望提高微藻生產(chǎn)力?移植核心光系統(tǒng)亞基導(dǎo)致了微藻不同的光合效率。替換整個光系統(tǒng)而不僅僅是核心亞基是否可行?實施替代光呼吸途徑是否會影響細(xì)胞活力?自然光呼吸通路也被報道對光保護和維持氧化還原平衡等特定功能至關(guān)重要。據(jù)報道，來自原核生物的RuBisCO酶具有較好的催化作用，但對二氧化碳的特異性較低。在高等植物的RuBisCO中觀察到相反的情況。蛋白質(zhì)工程是否可以用于開發(fā)具有更高催化速率(如原始變異)和高CO2特異性(如在高等植物中觀察到)的嵌合RuBisCO?微藻基因組工程的進(jìn)一步發(fā)展對實現(xiàn)完整的合成碳固定途徑是必要的嗎?混合營養(yǎng)研究通常集中在添加特定碳源的培養(yǎng)基上。利用廢水進(jìn)行混合營養(yǎng)化能使這一戰(zhàn)略更具可持續(xù)性嗎?微藻(如C.vulgaris)是否有細(xì)胞外電子傳遞機制?如果不是，是什么原因使它們在脈沖電場處理中生長得到改善?快速生長的微藻變種的光合和固碳機制具有更高的催化速率和效率。在模型微藻菌株中表達(dá)這些更快的變異會有多費力?這種方法是否有潛力改善固碳和降低能量？與其在模型微藻菌