甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）是導(dǎo)致全球氣候變暖的主要溫室氣體，它們的排放量與溫室效應(yīng)緊密相關(guān)。為了應(yīng)對能源使用活動產(chǎn)生的溫室氣體排放導(dǎo)致的全球氣候變暖問題，全球?qū)W術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界越來越重視CH4和CO2的捕獲與利用。通過先進(jìn)的生物制造技術(shù)和合成生物學(xué)技術(shù)，可以利用微生物有效地固定這些溫室氣體，這不僅能夠顯著減少溫室氣體的排放，而且可以將沼氣、煤礦瓦斯、廢棄天然氣（如頁巖氣）轉(zhuǎn)化為高價值的化學(xué)品，這對于實(shí)現(xiàn)中國的碳中和目標(biāo)和能源的高效綜合利用具有重大意義。琥珀酸作為一種重要的二元羧酸，在醫(yī)藥、可降解塑料和食品添加劑的生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。因此，利用CO2和CH4作為原料生產(chǎn)琥珀酸，可以減少對化石資源的依賴，拓展生物制造的原料來源，并推動國家的綠色可持續(xù)發(fā)展。
成果介紹西安交通大學(xué)費(fèi)強(qiáng)團(tuán)隊(duì)在將溫室氣體轉(zhuǎn)化為琥珀酸的研究中取得了顯著進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)首次在I型甲烷氧化菌中引入了磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PPC）和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PCK），異源重構(gòu)了絲氨酸途徑，實(shí)現(xiàn)了CH4和CO2的共同利用。通過同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了人工絲氨酸途徑的成功構(gòu)建，并確認(rèn)了CO2被定向?qū)腌晁岬纳锖铣蛇^程。此外，通過高密度發(fā)酵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了甲烷基琥珀酸的最高產(chǎn)量。該研究顯著提高了I型甲烷氧化菌的整體碳通量和利用效率，并深入解析了底盤細(xì)胞工廠中碳代謝流的協(xié)同適配機(jī)制。這一策略為CH4和CO2向高價值化學(xué)品的高效轉(zhuǎn)化提供了一種創(chuàng)新的方法，并為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的生物制造模式提供了新的思路。
