一种模块化的人工光合微生物联合体，用于在二氧化碳驱动下生产顺式-顺式-μ-康酸

《Green Chemistry》：A modular artificial photosynthetic microbial consortium for the CO2-driven production of cis,cis-muconate

cis,cis- Muconate（ccMA）生物合成通过蓝藻-毕赤酵母共生系统实现，蓝藻经工程化改造可固定CO2并分泌蔗糖及肉桂酸供能，毕赤酵母携带重构的苯丙烷途径进行ccMA生产。采用藻酸钠凝胶固定蓝藻、优化培养基及接种比例，使ccMA产率达8.61 mg/L，系统实现净碳减排-15.10 kg CO2e/kg ccMA。

　　

随着对石化衍生聚合物的限制日益严格，以及对可持续材料需求的增加，cis-cis-muconate (ccMA) 在近年来成为绿色制造领域的一种有前景的平台化学品。然而，异养微生物中ccMA的生物合成仍然依赖于糖类或木质素衍生的原料，这限制了其可持续性，并使其无法实现真正的绿色或碳负排放过程。尽管可以通过基因工程改造光合微生物，使其成为“负碳工厂”，将光合作用固定的二氧化碳转化为多种高附加值产品，但迄今为止，由于内在的代谢限制（包括反馈调节且尚未充分研究的莽草酸途径，以及NADPH/ATP失衡问题——这与ccMA生物合成对NADPH的高需求相冲突），直接合成ccMA仍然难以实现。本研究提出了一种基于两种物种、三个模块的可持续ccMA生物制造方案。具体而言，使用了模型光合菌株 PCC 7942，并为其配备了蔗糖和trans-肉桂酸模块以提供碳源和能量；而异养菌株 ATCC 13032则配备了重组的莽草酸模块用于ccMA的合成。这种模块化的设计不仅减轻了单个菌株的代谢负担，还通过合理的培养基优化、精细调整的接种比例以及使用海藻酸钠水凝胶对蓝细菌进行空间固定，增强了系统的稳定性。虽然产率仍然较低（非固定化条件下为7.04 mg L^?1，固定化条件下为8.61 mg L^?1），但这一概念验证系统实现了每生产1千克ccMA净减少15.10千克二氧化碳的碳减排效果，凸显了其在环境方面的优势及其在碳负排放生物制造中的潜力。