马克斯·普朗克研究所的科学家研发出一种全新的合成途径，能比自然界更高效地从空气中捕获二氧化碳，并已成功将该技术应用于活细胞。这项技术有助于以可持续的方式生产生物燃料和其他产品。
植物之所以广为人知，是因为它们能够将空气中的二氧化碳转化为化学能以供其生长。目前大气中的二氧化碳含量已经过高，并且每天都在增加，因此科学家们正试图利用这一自然过程来控制二氧化碳水平，同时生产燃料和其他有用的分子。
在这项新研究中，马克斯·普朗克研究所的科学家开发出一种全新的二氧化碳固定途径，效果甚至比自然界的方法更好。他们将其称为THETA循环，该循环使用17种不同的生物催化剂生产一种名为醋酰辅酶A的分子，这是一种生物燃料、材料和药物的关键构建块。
该循环围绕着两种已知最快的二氧化碳固定酶构建——酮戊二酸辅酶A羧化酶/还原酶和磷酸烯醇丙酮酸羧酶，这两种酶都是从细菌中分离出来的。尽管这两种酶单独使用时的二氧化碳捕获速度都超过了植物主要使用的酶的10倍以上，但自然演化似乎还没有将它们自然配对。因此，科学家们代替自然进行了配对。
首先，该团队在试管中构建了THETA循环，确认了其功能，即从空气中捕获两个二氧化碳分子，并将其转化为一个醋酰辅酶A分子。然后，研究人员经过多轮实验优化了它，使其产量提高了100倍。最后，他们开始将该循环融入到活细胞中，具体来说，是大肠杆菌。
这个17步的过程目前对一个细胞来说太复杂了，所以该团队将其分解成三个模块，并将这些模块嵌入大肠杆菌。果然，每个模块都如预期那样工作。下一步是将所有模块都整合在一个细胞中，但这需要将每个步骤与大肠杆菌的自然代谢同步。
然而，尽管如此，这个里程碑仍然很重要，该团队表示。这项技术可以被改良，以指导微生物生产一系列有价值的化合物。
研究的首席作者罗珊珊说：“这个循环的特殊之处在于，它包含了几种在细菌代谢中的中心代谢物作为中间产物。这种重叠提供了开发模块化实施方法的机会。我们的循环有可能直接通过扩展其输出分子醋酰辅酶A，成为从二氧化碳中产生有价值化合物的多功能平台。”