假如可以或许跳过“光合生物中转站”，让工业微生物直接使用太阳能合成化学品，太阳能向生物制造系统的转化效率及产品多样性将实现年夜幅晋升。怎样让微生物真正“用光造物”，正成为合成生物学与能源科学交织范畴的主要前沿标的目的之一。
3月10日，中国科学院深圳进步前辈技能研究院研究员高翔团队结合南京年夜学传授王元元团队、上海交通年夜学传授杨琛团队，于《天然—可连续成长》上发表最新研究结果。
团队乐成构建出一种人工光合工程细胞，使非光合工业微生物可以或许直接使用太阳能，驱动烧毁碳源向高附加值化学品高效转化，为非粮碳源生物制造及绿色低碳财产转型提供了新的技能路径。
让工业微生物“直接用光”
光是地球生命最初的能量来历。此前有研究注解，植物及藻类等光合生物虽能经由过程光互助用转化太阳能，但光能使用率凡是不足1%；而工业经常使用的年夜肠杆菌、酵母等微生物没法直接使用光能，只能依靠光合生物合成的糖等，总体光能使用效率凡是低在0.05%。于“太阳能—光合生物—糖—微生物—产物”的传统路径中，年夜量能量被层层耗损。若能为工业微生物成立直接使用光能的“接口”，生物制造系统的能源效率有望实现底子性晋升。
缭绕这一方针，研究团队立异性地将半导体质料构建为“人工捕光天线”。经由过程设计零维、一维、二维等差别描摹的半导体纳米质料，体系优化质料光接收机能，从源头晋升光能转化效率。更要害的是，研究职员将二维半导体质料直接送入微生物细胞内部，于细胞内装上“人工捕光天线”。
高翔引导论文第一作者郭明明阐发数据。深圳进步前辈院供图
与传统胞外质料需要电子跨膜通报的方式比拟，这类“入胞式”设计显著缩短了电子传输间隔，降低能量损耗，使光生电子直接于细胞内部介入代谢反映，实现从“外部供能”向“内部驱动”的改变。工程微生物由此真正具有了直接使用太阳能举行生物合成的能力。
晋升太阳能生物制造效率
于质料立异基础上，团队进一步解析了光电子驱动代谢重构的份子机制。经由过程代谢组学与转录组学阐发，研究职员发明焦磷酸硫胺素（TPP）相干代谢路子于光照前提下显著上调。进一步试验注解，TPP于光生电子向生物能量份子转化历程中阐扬要害“桥梁”作用，促成细胞内要害的能量份子（NAD(P)H与ATP）的再生，实现无机光电子与细胞能量份子之间的高效耦合。
这象征着，研究团队不仅为非光合微生物安装了“人工捕光天线”，还有重构了胞内“电子畅通路”，实现太阳能向生物能量份子的精准转化与高效使用，从机制层面夯实了太阳能驱动生物制造的技能基础。
于研究实验中，人工光互助用工程细胞乐成合成为了多种高附加值产物，包括2,3-丁二醇（BDO）、生物塑料PHB及航空燃料α-法呢烯等生物基化学品、生物质料及生物燃料，显示出广泛的产物开发潜力。该细胞能使用海藻提取物甘露醇、秸秆水解液等多种烧毁物作为碳源。于5升发酵罐中，以工业糖蜜废水为重要原料，BDO的产量到达30.71克/升，验证了该系统于范围化出产及废碳进级转化方面的运用潜力。
“比拟传统依靠糖类原料发酵或者于系统中自行合成杂合体的生物制造要领，这类新型人工光合工程细胞可以或许显著削减温室气体排放、降低出产成本，体现出优良的情况可连续性及财产化潜力。”论文通信作者高翔暗示。
该研究于细胞内部成立了太阳能向生物能量份子高效转化的通路，实现太阳能与生物制造的深度交融，为可再生能源直接驱动绿色化学品出产提供了新范式。将来，团队将进一步交融合成生物学、质料科学与能源化学上风，拓展CO二、废塑料和工业废水等非粮碳源的高值化使用路径，鞭策太阳能驱动合成生物制造向高效率、可扩大与可连续标的目的成长。
相干论文信息：https://www.nature.com/articles/s41893-026-01787-x
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