综述：动态CO2条件下微藻导航实现废弃物能源转化

这篇综述聚焦微藻在动态CO2环境中的碳捕获（CCUS）与生物质转化技术，提出通过优化碳酸氢盐利用、光生物反应器（PBR）设计、分子动力学模拟及合成生物学改造（如基因重编程），解决CO2波动导致的微藻生长效率瓶颈，推动废弃物到能源（WtE）的规模化应用。

　　

Highlights
微藻兼具CO₂封存与废弃物高值化转化的双重潜力，但其规模化应用受限于CO₂供应波动。最新研究表明，通过分子动态模拟可预测微藻碳代谢通路（如CBB循环）的适应性突变靶点，而合成生物学工具（如CRISPR-Cas9）能定向改造HCO₃^-转运蛋白基因，提升低CO₂条件下的碳固定效率。此外，模块化光生物反应器（PBR）通过实时调控气液传质速率，可缓解高CO₂导致的胞内酸化问题。

Abstract
碳捕获技术是应对气候变化的关键策略，微藻因其同时实现CO₂固定与生物质合成而备受关注。然而，自然藻株在CO₂浓度剧烈波动时易出现碳饥饿或代谢中毒现象。研究团队提出“动态驯化”概念：通过整合转录组数据与代谢网络模型（如GSMM），发现调控丙酮酸羧化酶（PYC）的表达量可使TCA循环通量适应0.04%-20%的CO₂浓度跨度。实验验证显示，工程化藻株在模拟工业废气环境（8% CO₂）下油脂产率提升37%，且连续培养中未出现光合抑制。

系统设计新范式
传统PBR依赖恒定的CO₂输入，而新型气升式反应器采用脉冲供气模式，配合pH反馈系统将溶解无机碳（DIC）稳定在2-5 mM范围。值得注意的是，耦合藻-菌共生体系可显著改善碳分配效率：异养菌群能快速消耗微藻分泌的有机酸，避免代谢副产物积累。在10吨级中试装置中，该设计使藻粉蛋白质含量提高至干重的58%。

合成生物学突破
基于AlphaFold2预测的碳酸酐酶（CA）三维结构，研究者对莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的叶绿体膜定位信号肽进行理性设计，使外源CA酶活性提高4.2倍。更突破性的进展是构建了CO₂感应基因回路——当胞内2-OG（2-酮戊二酸）浓度超过阈值时，自动启动甘油合成途径，这种动态调控使碳流再分配精度达到89%。

这些进展为应对工业排放的间歇性CO₂波动提供了切实解决方案，未来需在代谢物跨膜转运机制和规模化PBR传质模型上持续优化。