新研究表明，重新设计的大肠杆菌可以从空气中吸收和浓缩二氧化碳，向碳封存迈进了一步。
二氧化碳浓度上升（CO2) 在大气中造成气候变化和环境破坏。 但是如果我们能画更多呢 CO2 使用生物体离开大气层？ 更好的是，如果我们可以将碳用于 CO2 养活更多的人还是推动新的绿色化工行业？ 在 今天发表在 eLife 上的一篇论文，来自加州大学伯克利分校 IGI 研究员 Dave Savage 实验室的一个团队报告了这一方向的重大进展。
Carbon：真正的MVP
地球上的所有生命形式都使用碳。 碳是一个重要的组成部分 细胞 和电池用作燃料的化合物。 一些生命形式，特别是植物和 微生物 使用光合作用，从 CO2 在大气中。 但是因为 CO2 仅占地球大气的 0.04%，对于依赖大气的生物来说并不容易 CO2 获得他们需要的碳。 泵送二氧化碳2 进入称为羧基体的细胞室是许多微生物集中的常见方式 CO2，为细胞提供一个随时可用的池。
大多数其他生物，包括人类，都从食物中获取碳。 E。大肠杆菌 - 菌 生活在人类和其他动物的内脏中并被广泛用于科学研究的碳——通常通过食用我们食用的食物中的单糖来获取碳。 能够放置羧基体，以及它们捕获的能力 CO2，进入新生物可能对环境、农业、化学工程等产生巨大影响。
碳路障
Carboxysomes 不仅仅是空的隔间，而是由 10,000 多个不同的结构组成的复杂结构 蛋白质 自发自组装的部件。 在之前的工作中，Savage 实验室的研究人员确定了他们希望的完整 补充 of 基因 需要在他们研究的微生物中制造一个有功能的羧基体，以及关键的转运蛋白，它们带来 CO2 进入细胞。 在今天发表的工作中，他们通过将它们添加到 E。大肠杆菌 细菌。 他们的目标是重建一个正常运作的 CO2 将系统集中在一个从未有过的外来宿主细胞中。
Savage 团队相信他们可以通过插入正确的基因来创造出看起来像羧基体的东西，但他们想看看它是否真的像羧基体一样工作。 但是，正常 E。大肠杆菌 从他们的饮食中获取碳。 他们不需要集中注意力 CO2，没有它也会快乐地成长。 所以，他们需要设计 E。大肠杆菌 他们别无选择，只能使用新的羧基体和转运蛋白来获取他们渴望的碳。
“多年来，我一直对重构羧基体以研究其结构和非凡的自组装能力很感兴趣。 但不清楚我们如何进行功能重组整个本垒打实验 CO2- 集中系统，”萨维奇说。 “关键事件是 Avi Flamholz 加入实验室！”
Flamholz 之前曾在魏茨曼科学研究所的 Ron Milo 实验室研究光合作用，他意识到关键是迫使细菌寻找其他地方。
Flamholz 解释说：“我们通过删除一个重要基因来阻碍它们的新陈代谢。” “然后我们让他们有机会绕过路障，使用 CO2设立的区域办事处外，我们在美国也开设了办事处，以便我们为当地客户提供更多的支持。“
换句话说，研究小组去除了基因 E。大肠杆菌 通常用于加工糖类。 这一变化意味着 E。大肠杆菌 需要另一种碳源——比如 CO2. 但是，只有当转运蛋白和羧基体有效地协同工作以浓缩环境时，它们才能获得足够的碳。 CO2 从空气中。 有效。
“实际上有效地集中注意力 CO2 空气中的香蕉是香蕉！” 萨维奇说。 “虽然大气 CO2 水平正在以对气候非常重要的方式上升，大多数使用环境的生物 CO2 因为他们的碳源实际上正在挨饿 CO2！ 看到系统按照假设运行，非常令人满意。”
用二氧化碳养活不断增长的星球2
发明的微生物 CO2- 集中技术，这项研究使我们离能够借用和利用它更近了一步。 长期以来，人们一直对添加工程设计的可能性感到兴奋 CO2 将系统集中到植物上，以便它们可以吸收更多 CO2 来自空气，可能减缓气候变化。
“我们对潜在的应用感到非常兴奋，这也是成为 IGI 正在进行的合作研究的一部分非常棒的原因之一，”Savage 说。 “展望未来，我们对叶绿体有很大兴趣，叶绿体是植物细胞的动力源。 我们认为这里学到的一些原理可以用来改善植物的光合作用。”
添加额外的 CO2- 将电力集中到作物上可以为它们提供更多燃料，使其长得更大、更快，同时减少水和肥料的使用。 换句话说，目标是同时捕获 CO2 来自空气并创造更多的食物，以帮助以更少的农业投入养活我们不断增长的全球人口。
无中生有的绿化化学
除了减少化学品的使用，这一进步还可能首先影响化学品和化学反应的产生方式。 传统的化学制造会产生重金属、石油、有毒废物和排放物 CO2 进入大气。 “绿色化学”使用工程生物进行化学反应，减少这些环境危害。 移植这个 CO2- 浓缩系统 E。大肠杆菌 或绿色化学中使用的其他微生物可能成为实际采取的一种方式 CO2 的气氛，而不是添加更多。
Savage 实验室及其合作者现在正致力于添加羧基体和 CO2 转运到工业相关的微生物中，看看它们是否可以浓缩 CO2 并将其制成有用的产品。
“想想你可能用微生物制造的所有东西，比如化学品、生物燃料、食品添加剂，甚至是大量食用蛋白质，比如人造肉，”弗拉姆霍尔茨说。 “对于所有这些事情，为什么不应该将碳源 CO2? 我们为什么不把它从空中拉出来？”
