我國科學家實現藍細菌直接利用二氧化碳合成葡萄糖

　　2023年6月10日，中國科學院青島生物能源與過程研究所的研究團隊以光自養生物為底盤，基于天然光合作用直接實現了葡萄糖的合成。研究發現以模式藍細菌藻株聚球藻PCC 7942為底盤，敲除其內源性葡萄糖激酶基因后，無需導入任何外源催化和轉運元件，僅通過短期的適應性進化就能獲得大量分泌葡萄糖的細胞工廠。結合基因組測序和遺傳改造驗證發現，工程菌株大量合成葡萄糖是因為其胞內存在穩定的“磷酸糖-糖”代謝循環，而葡萄糖激酶活性阻斷導致葡萄糖的磷酸化“再利用”環節受阻，葡萄糖在胞內大量積累形成代謝壓力；在適應性進化過程中，聚球藻基因組上synpcc7942_1161基因的一個單點突變（G274A）導致該基因轉錄大幅上調，并發揮葡萄糖外泌蛋白的作用，將葡萄糖分泌至胞外以解除胞內高糖壓力。在機制解析的基礎上，研究團隊結合轉錄和代謝組分析，實施了系統的代謝工程改造和培養策略優化，最終將葡萄糖產量提高至5 g/L，達到國際領先水平，提高了光驅固碳產糖技術的應用潛力。相關研究成果發表在《Nature Communications》雜志上，題為“Unlocking the potentials of cyanobacterial photosynthesis for directly converting carbon dioxide into glucose”。

　　這項研究揭示了限制藍細菌光驅固碳合成葡萄糖潛力的遺傳與代謝因素，成功將光合作用固定的二氧化碳重定向至葡萄糖的合成和分泌途徑中。基于相關發現構建了高效光驅固碳合成葡萄糖的藍細菌細胞工廠，并為未來發展更高效的葡萄糖定向生產技術及工業化利用奠定了基礎。