双通道能量传递途径：结合能量分子的供应与电子转移，以支持大肠杆菌-类囊体杂交体系中的太阳能到化学能的转化过程

《Nature Synthesis》：Dual-channel energy pathway combining energy molecule supply and electron transfer to support solar-to-chemical production in an E. coli–thylakoid hybrid

通过将植物类囊体植入大肠杆菌，构建光能驱动的新型混合系统，实现ATP/NADPH双通道能量供应，提升电子传递链效率，使氢气产量达到15.1 mmol h?1 g_dcw?1，兼具高效性与低氧化应激风险。

　　

摘要

通过生物合成获得高产量的化学物质是人们所期望的，但同时也具有挑战性，因为微生物体内仅有少量的能量分子（如三磷酸腺苷（ATP）、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH））被用于目标化学物质的生成。受到植物叶绿体将太阳能转化为能量分子能力的启发，研究人员将叶绿体植入大肠杆菌（Escherichia coli）中，创建了一种具有双通道能量途径的杂交体，该途径同时实现了能量分子的供应和电子转移。在光照条件下，叶绿体中产生的光电子被直接用于合成ATP和NADPH，并供给给大肠杆菌。来自叶绿体的光电子可以通过氧化还原介质进行传输和捕获，从而通过促进大肠杆菌的电子传递链来提高ATP和NADPH的水平。这种双通道能量途径显著提升了能量分子的数量，使得这种大肠杆菌-叶绿体杂交体能够实现高达15.1 mmol/h·g dcw（dcw表示干重）的氢气（H?）生产率，这一性能与表现最优秀的大肠杆菌基系统相当。生物来源的叶绿体具有优异的生物相容性，而且这种大肠杆菌-叶绿体杂交体并未表现出氧化应激现象。