空气合成万物！中国学者一作登上Nature子刊，知名院士点赞！
2024年9月4日
构建人工生命，只利用光和二氧化碳就能生产各种化合物，无疑充满着想象力。近日，伊利诺伊大学香槟分校（UCIC）化学系Angad Mehta研究团队在Nature Communication上发表论文，呈现了他们在打造人工光合生命的最新成果。研究团队将能够进行光合作用并分泌糖分的蓝藻细菌内共生体植入酿酒酵母细胞内，构建了酵母/蓝藻细菌嵌合体。该嵌合体能够在光合作用条件下利用CO2作为碳源，减少了对传统碳源（如葡萄糖或甘油）的依赖，对于降低生产成本和提高原料的可持续性具有重要意义。代谢工程领域的泰斗Jens Nielsen教授，对这一研究给予高度评价，认为这是向以二氧化碳为唯一碳源合成各种化工制品的第三代生物代谢工程迈出了重要一步。值得注意的是，该论文的第一作者为中国学者高扬乐，他本科毕业于华东理工大学生物工程专业，之后在福建师范大学获得微生物学博士学位。2021年10月份起，他进入UIUC的Angad Mehta教授课题组开展博士后研究，在此前接受媒体采访时，高扬乐称希望未来在国内找工作。
让细胞工厂“自给自足”
几千年来，酿酒酵母一直是生产面包、啤酒和葡萄酒必不可少的手段。近年来，这种酵母也被更多地用作生产多种燃料、化学品、食品成分和药物。不过像酿酒酵母这种重要的细胞工厂，却必须依赖外界的养分输送才能够运转，在提高成本的同时，也不利于减少碳排放。
有没有什么方法，能够让这些微生物们“自给自足”，科学家们提出了许多方案。其中一个重要方向便是“内共生”，该理论于上世纪初被提出。
在生物学中，内共生是一种特殊的合作关系，一个生物体允许另一个生物体生活在它的内部，双方发挥各自的优势，密切合作、和谐相处。最著名的例子是线粒体和叶绿体，内共生理论认为，它们的起源是某种外界细菌，被原始真核生物吞噬后逐渐演化为当下的形态。在酵母和蓝藻细菌的嵌合体研究中，科学家们就是利用了内共生的理念。研究人员通过遗传工程的手段，让蓝藻细菌生活在酵母细胞内部，并通过光合作用将二氧化碳转化为酵母所需的能量。
更进一步地，研究人员通过在酵母中构建柠檬烯合成途径，并将其与蓝藻细菌结合形成嵌合体，没有额外碳源的情况下成功合成了柠檬烯。这表明，经过改造后的酵母/蓝藻细菌嵌合体，仍然具备合成天然产物的能力。上述发现展示了一种潜在的可持续生产方式，研究人员相信，这将为二氧化碳回收和二氧化碳转化为化合物打开新的可能。
学术大牛点赞，探索商业化可能
这篇论文获得了Jens Nielsen教授的高度评价，认为这是向以二氧化碳为唯一碳源合成各种化工制品的第三代生物代谢工程迈出了重要一步。
现任瑞典查尔姆斯理工大学终身教授的Jens Nielsen是国际代谢工程学科的重要奠基人与开拓者之一，身兼中国工程院、美国工程院、美国科学院、美国医学院等10个国家级院士/外籍院士。
而这篇备受赞誉的论文，第一作者是来自中国的高扬乐。公开资料显示，高扬乐于2015年获得华东理工大学生物工程学士学位，之后在福建师范大学攻读博士学位。博士期间，他师从生命科学学院李力教授，官网显示，在李力团队的多篇主要论文中，都有高扬乐的参与。2021年10月，高扬乐前往UIUC的Angad Mehta教授课题组进行博士后研究。Angad Mehta现为伊利偌伊大学香槟分校化学院助理教授、博士生导师，其领导的课题组研究方向为合成生物学。![图片]()
近年来，该团队不断探索内共生系统，有望对学术界和产业界带来巨大影响。Angad Mehta认为，设计内共生系统的最佳方法可能是在实验室内复制生命进化过程，而在这个过程中，可能会解决一些生物学上最大的谜团。展望未来，他们想要确定这种方法是否可以生产更复杂的化合物，如燃料和药物，并探索大规模制造和商业化的可行方案。
