科学家构建人工光合工程细胞
文章导读
你是否想过，未来的化工厂可能不再需要电或燃料，而是靠“晒太阳”就能运转？我们一直用微生物生产化学品，但它们只能吃糖、耗能高、成本下不来。现在，中国科学家直接给微生物“装上太阳能板”，让它们像植物一样靠光活着。这种“入胞式”人工捕光天线，把光能转化效率提升了数倍，关键竟是一种常见辅酶的意外作用——它在细胞内搭起了一座能量桥梁。更惊人的是，这些工程细胞能用废弃碳源做出高价值产品。如果这项技术真能规模化，传统生物制造的规则可能要被彻底改写。你觉得下一个被颠覆的会是哪类产品？
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植物和藻类等光合生物可以通过光合作用转化太阳能，但传统工业微生物依赖“太阳能—光合生物—糖—微生物—产品”的传统路径，无法直接利用光能，光能利用效率较低。
近日，中国科学院深圳先进技术研究院等成功构建出一种人工光合工程细胞，使非光合工业微生物能够直接利用太阳能，驱动废弃碳源向高附加值化学品高效转化。
团队通过设计不同形貌的半导体纳米材料，系统优化材料光吸收性能。团队还将二维半导体材料直接送入微生物细胞内部，在细胞内装上“人工捕光天线”。这种“入胞式”设计显著缩短了电子传输距离，降低能量损耗，使光生电子直接在细胞内部参与代谢反应，实现从“外部供能”向“内部驱动”的转变。工程微生物由此真正具备了直接利用太阳能进行生物合成的能力。
在材料创新基础上，团队解析了光电子驱动代谢重构的分子机制，发现了焦磷酸硫胺素在光生电子向生物能量分子转化过程中发挥关键“桥梁”作用，促进细胞内关键的能量分子（NAD(P)H与ATP）的再生，实现无机光电子与细胞能量分子之间的高效耦合。
在研究试验中，人工光合作用工程细胞成功合成了多种高附加值产品，显示出广泛的产品开发潜力以及在规模化生产和废碳升级转化方面的应用前景。
该研究在细胞内部建立了太阳能向生物能量分子高效转化的通路，实现太阳能与生物制造的深度融合，为可再生能源直接驱动绿色化学品生产提供了新范式。
相关研究成果发表在《自然-可持续发展》（Nature Sustainability）上。
人工光合工程细胞内光电子流，推动废弃碳资源高效升级转化
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我想知道二维半导体材料直接进细胞内部，这样会不会影响细胞活性？
我觉得这光合细胞太酷了，直接用太阳能！