利用微小微生物将过剩二氧化碳转化为宝贵资源

某些微生物可以引起疾病或使食物变质，但其他微生物对我们的生存至关重要。这些微小生物体也可以被改造以创造特定物质。近期发表在《ACS可持续化学与工程》上的一项研究详细介绍了研究人员如何重新工程化一种这样的微生物，以帮助应对温室气体。这种微生物吸收二氧化碳（CO₂）并产生美伐酸，这是一种重要的药物成分。

我们大气中温室气体的不断增加已导致全球变暖。为解决这一问题，有必要显著减少温室气体排放，特别是CO₂。此外，消除大气中现有的CO₂也至关重要。目前的研究集中在开发捕获CO₂的方法，其中一种有前景的方法是利用微生物。通过应用基因工程，科学家可以改变这些微生物的自然途径，将它们转变为能够生产各类物质的小工厂，例如胰岛素。

作为这一微生物工厂的候选者之一，Cupriavidus necator H16是一种已知能在极少资源下生长的细菌。它主要以CO₂和氢气为食，使其成为捕获和转化这些气体为更大化合物的理想选择。然而，尽管细菌的DNA可以被调整以创造令人兴奋的产品，但它在时间上难以保持这些新的遗传指令。从技术上讲，质粒（包含遗传信息的分子）并不非常稳定。卡塔琳·科瓦奇和她的团队试图增强C. necator对其新指令的记忆，以使其能够从CO₂中生产有价值的碳基分子。

研究人员首先修改了C. necator中负责将CO₂转化为更大六碳分子的生化途径。发现质粒的稳定性与一种称为RubisCo的酶有关，RubisCo对于细菌利用CO₂的能力至关重要。这种创新的质粒被设计为，如果细胞无法记住其新指令，它也会失去产生RubisCo的能力，最终死亡。相反，那些能够记住的细胞则会繁荣生长并繁殖，将质粒传给其后代。

在实验中，这些新改造的微生物相较于对照菌株实现了更高的六碳分子美伐酸的产量。美伐酸是许多生物体和合成系统中，包括胆固醇和用于药物的各种类固醇分子所需的重要构件。值得注意的是，这项研究已使得目前为止从CO₂或其他单碳反应物中利用微生物产生的美伐酸达到最高量。研究人员表示，这种改进的碳固定方法在经济上比以往涉及C. necator的方法更具可行性，并且有潜力应用于其他微生物菌株。

作者对英国生物技术和生物科学研究委员会以及工程与物理科学研究委员会的财政支持表示感谢。