微气泡增强型CO2-乙醇生物转化：基于C-C缩合的最小化人工途径设计

《Bioresource Technology》：Microbubble enhanced CO 2-to-ethanol conversion for artificial C C condensation pathways

本文设计并验证了两种线性、简短的人工CO2到乙醇（CTE 2.1和2.2）转化途径，重点利用磷酸酮醇酶（PKT）实现一步C-C-Pi偶联。研究通过发掘高活性PKT酶并结合微气泡曝气技术增强CO2溶解，最终使CTE 2.2途径的碳转化效率达到33.5 nmol/min·mg，为CO2升级再造为高价值生物燃料提供了高效、碳中性且不依赖ATP的新策略。

　　

亮点

质粒构建和异源表达

靶酶编码基因经过密码子优化后，由上海Generay生物技术公司合成，并插入带有6x His标签的pETDuet-1载体中，在大肠杆菌BL21(DE3)中表达。基因的表达和纯化如前所述（Dong等人，2023）。使用0.1 mM的IPTG（异丙基-β-D-1-硫代半乳糖苷）诱导酶表达，并在20°C下培养。通过使用HisTrap HP粗纯化亲和柱进行纯化。

设计从CO₂合成乙醇的简短高效途径

为了设计高效的人工CO₂到乙醇途径，简化合成代谢途径中的酶促步骤是一种可行的方法。据此，我们采用碳-碳（C-C）缩合来从甲醛合成前体乙酰磷酸（AcP），以替代CTE 1途径（Dong等人，2023）中的碳重排。迄今为止，已有报道两种C-C键合酶（包括醛缩酶和磷酸酮醇酶PKT）可用于生物合成聚羟基丁酸酯。

结论

本研究设计并验证了两种线性、简短的人工CO₂到乙醇（CTE 2.1和2.2）途径，分别涉及串联或单步酶促C-C-P_i偶联。PKT的低底物缩合活性和较差的气液传质被确定为改进所设计CTE 2途径面临的挑战。通过酶发现获得具有更高甲醛选择性的MaPKT，并结合CO₂微气泡技术，碳转化效率得到显著提升。最终，这种碳守恒且不依赖ATP的CO₂到乙醇系统为可持续发展背景下将CO₂转化为其他生物燃料提供了一条碳中性途径。