人工蓝藻生物膜可维持绿色乙烯生产一个多月

时间：2022-06-01 11:00:38来源：

我们这个时代面临的巨大全球挑战，包括气候变化、能源安全和自然资源稀缺，推动了从以化石为基础的线性经济向可持续的以生物为基础的循环经济的转变。迈出这一步需要进一步开发用于生产可再生燃料和化学品的新兴技术。

光合微生物，如蓝细菌和藻类，在满足我们对可再生化学品的需求和减少全球对化石燃料的依赖方面显示出巨大的潜力。这些微生物具有利用太阳能将CO2转化为生物质和各种不同的富含能量的有机化合物的能力。蓝藻还能够拥有新的合成生产途径，使其能够作为活细胞工厂生产目标化学品和燃料。

乙烯是最重要的有机大宗化学品之一，全球年需求量超过 1.5 亿吨。它是生产塑料、纤维和其他有机材料的主要组成部分。

“在我们的研究中，我们使用了基因工程蓝藻 Synechocystis sp. PCC 6803，它表达从植物病原体丁香假单胞菌中获得的乙烯形成酶 (EFE)。蓝藻细胞中 EFE 的存在使它们能够利用太阳能生产乙烯和空气中的 CO2，”Allahverdiyeva-Rinne 副教授说。

乙烯具有高能量密度，使其成为有吸引力的燃料来源。目前，乙烯是通过化石烃原料的蒸汽裂解产生的，导致大量CO2排放到环境中。因此，开发绿色合成乙烯的方法非常重要。

“虽然已经报道了生产乙烯的重组蓝藻的非常有希望的结果，但对于工业应用而言，可用的光生产系统的整体效率仍然非常低。工程蓝藻的乙烯生产力是降低成本和提高效率的最关键变量， ”博士后研究员 Sindhujaa Vajravel 说。

然而，蓝藻在高效生产方面存在一些限制，因为它们主要积累生物质，而不是所需的产品。

“它们拥有一个巨大的光合集光天线，导致悬浮培养中的自遮蔽和有限的光分布，从而降低了生产力。最大的限制是细胞的生产周期很短，只有几天，”Associate 解释说Allahverdiyeva-Rinne 教授。

为了解决这两个问题，研究人员将产生乙烯的蓝藻细胞包裹在薄层藻酸盐聚合物基质中。这种方法强烈限制了细胞生长，从而使光合代谢物的有效通量用于乙烯生物合成。它还可以提高弱光条件下的光利用率，并强烈促进细胞健康。结果，人造生物膜实现了长达 40 天的乙烯可持续光生产，其光到乙烯的转化效率比传统悬浮培养高 3.5 倍。

这些发现为进一步开发用于乙烯生产的高效固态光合细胞工厂以及将该过程扩大到工业水平开辟了新的可能性。

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