公共变暖也曾成为咫尺全国濒临的严峻环境挑战之一彩虹小马，二氧化碳的大齐排放是形成公共变暖的最主要原因。数据表露，2023 年公共动力有关二氧化碳排放量创历史新高，达到了 374 亿吨。

为了派遣本旨变化，2015 年公共 197 个国度通过《巴黎协定》，旨在大幅减少公共温室气体排放，承诺到 2050 年终了净零碳排放的贪图。这为异日几十年公共的致力于指明了标的，记号着一个向净零排放全国调度的开动。

“碳中庸” 被视为迈向净零碳排的第一步，现阶段，越来越多的国度也曾将 “碳中庸” 行为发展的热切贪图之一。终了 “碳中庸” 的一个可捏续管理念念路是固碳，行将空气中的二氧化碳固定下来，并转动为坐蓐碳基化合物的原料。二氧化碳的生物固定和转动是大边界减少以及讹诈二氧化碳的灵验阶梯之一，亦然刻下的商量热门之一，重心聚焦在改良自然固碳阶梯和从新假想、构建东说念主工固碳阶梯。

正在德国马克斯·普朗克陆地微生物商量所从事博士后商量的罗姗姗长期专注于讹诈合成生物学再行构建光互助用，派遣动力和本旨危险。近期，凭借在 “假想并构建东说念主工二氧化碳（CO2）固定阶梯和能量转动模块” 方面的顽固性推崇，罗姗姗入选了 2023 年度《麻省理工科技批驳》中国区 “35 岁以下科技更正 35 东说念主”。

图 | 罗姗姗博士

罗姗姗本科毕业于清华大学化工系，在加州大学洛杉矶分校 James Liao 训诲本质室得到博士学位，博士时间开动假想和构建在生命体外环境下的东说念主工 CO2 固定轮回，后在德国马克斯·普朗克陆地微生物商量所 Tobias Erb 训诲本质室从事东说念主工固碳商量职责。她也曾假想并在体外构建了两条东说念主工 CO2 固定阶梯，即 rGPS-MCG 轮回和 THETA 轮回，这些阶梯均具有越过当然固碳阶梯的性能。她还假想和构建了一个电生物模块——AAA 轮回，可将电能顺利转动为 ATP。接下来，罗姗姗接洽归国建筑本质室持续从事构建东说念主工光互助用的商量。

讹诈合成生物学派遣环境问题，专注假想东说念主工固碳阶梯

动力危险经常与本旨危险互相交汇，环境问题日益严峻。动力是本旨挑战的中枢，亦然贬贬低题的关节。凭据有关数据统计，煤炭、石油和自然气等化石燃料被视为迄今为止形成公共本旨变化的最主要原因，占公共温室气体排放超 75%，占通盘二氧化碳排放量近 90%。

“上大学后，在敦厚们潜移暗化的影响下，我开动念念考东说念主生的道理，想要去作念一些更有道理、更有价值的事情。其时，环境问题突显，公共变暖日益严重，东说念主们但愿将公共气温的升高幅度抑制在 2 度以内，不然会激发严重的本旨变化。亦然从其时起，我决定从事与动力和环境有关的商量，讹诈合成生物学贬责这些环境和动力问题。博士时间，我开动将领先对动力环境问题的宏不雅见地转向重心暖热二氧化碳固定上。”罗姗姗回忆说念。

当然界中自己存在二氧化碳固定阶梯，现在也曾发现了 7 条自然固碳阶梯，包括卡尔文轮回、收复性 TCA 轮回、WL 阶梯（Wood-Ljungdahl pathway）、收复性甘氨酸阶梯、3-羟基丙酸双轮回、3-羟基丙酸 /4-羟基丁酸轮回以及二羧酸 /4-羟基丁酸轮回。可是，自然固碳阶梯存在一定的局限性，譬如说固碳酶活性低、催化与氧气的副响应导致固碳成果较低、一些自然固碳阶梯的固碳酶氧气敏锐、比拟复杂且难以异源抒发纯化等等。

图 | 7 条自然存在的 CO2 固定阶梯（开头：Chemical Reviews）

“这是因为自然固碳阶梯的进化贪图是复旧孕育，而非达到最高的固碳速度和成果。因此，咱们决定从第一性道理起程，通过解放组合各式酶、生化响应和响应机理，假想一类优于自然阶梯的东说念主工二氧化碳固定阶梯。这些东说念主工固碳阶梯由高效、结构相对通俗且氧气耐受的酶组成，不仅不错普及固碳成果，还不错更顺利地将二氧化碳转动为特定有机物，终了更高效的二氧化碳讹诈和转动。”罗姗姗解释说念。

不同于当然界中经过数十亿年进化的自然固碳阶梯以及对自然阶梯的改良，罗姗姗在博士和博士后时间讹诈合成生物学才略从新假想、构建了两条更高效、更快速的东说念主工固碳阶梯，并解释了从新假想固碳阶梯的可行性，有后劲派遣本旨变化。

在博士时间，罗姗姗在体外构建了氧气耐受的自催化轮回 rGPS-MCG，这是全国上奏凯构建的第二条耐氧东说念主工 CO2 固定阶梯。据先容，商量东说念主员还引入了自动化光学监控系统抑制辅因子再生，使得 rGPS-MCG 在体外捏续运行了 6 小时，且固碳速度达到致使跨越典型的光合或自养生物。

图 | rGPS-MCG 阶梯（开头：Nature Catalysis）

尔后，她还在体外奏凯构建了另一条东说念主工固碳阶梯——收复性三羧酸分支 /4-羟基丁酰辅酶 A/ 乙基丙二酰辅酶 A/ 乙酰辅酶 A（THETA） 轮回，并通过感性优化和机器学习才略将其产量普及了 2 个数目级。在商量中，还将 THETA 轮回分为三个模块，解释这些模块不错在大肠杆菌体内运行。罗姗姗告诉生辉，这迈出了在活细胞中构建复杂且高度正交的东说念主工 CO2 固定阶梯的第一步。

“这些东说念主工固碳阶梯要是能在生物体内灵验运行，将推广其应用边界。异日，咱们不错将其用于改良微生物，致使可能用于改良植物。咫尺咱们尚未构建一个在体内竣工运行且复旧细胞孕育的东说念主工 CO2 固定阶梯，不外异日一朝终了，这将大大增强东说念主工固碳阶梯的应用后劲，并产生深切的影响。”

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构建能量转动模块，为东说念主工固碳阶梯可捏续供能

在固定二氧化碳转动有机物的经过中，二氧化碳的能量十分低，需要输入能量驱动 CO2 固定阶梯。常用的才略是通过高能化合物提供能量，这种动力供应款式并非可捏续才略。而电能尤其是可再纯真力坐蓐的电能，是渴望的能量开头，既清洁又可捏续。

不外，要将电能顺利用于驱动无细胞系统，需要将其转动为存储在收复性辅酶（比如 NADH）和 ATP 中的化学能。若何灵验终了不同款式的能量转动是一大挑战，固然也曾能用电再生收复性辅酶，但还难以顺利将电能转动为 ATP 中的化学能。因此，贬责这一问题对固定二氧化碳至关热切。

罗姗姗坦言，我从博士时就开动尝试拓荒一种更通俗、更理会的能量转动才略，将电能灵验转动为生命体的 “能量货币” ATP。

在博士后时间，她假想了一个合成电生物模块——AAA 轮回，或者将电能顺利转动为 ATP 并为无细胞系统供能。AAA 轮回是一个多步级联响应，通过轮回响应将储存在电子中的能量转动为 ATP 中的化学能。这个极简的“电生物模块”由 3-4 种酶组成，不需要任何膜结构，还不错通过AAA轮回终了用电能驱动更复杂的生物经过，如从 DNA 合成 RNA 和卵白质。这项商量行为封面著作发表在《焦耳》杂志，且也曾基于这项职责撰写并提交了专利请求。

“AAA 轮回初次终了通过无膜系统将电能转动为 ATP，这为从下到上构建生命系统提供了全新的 ATP 再生念念路，也为电驱动的固碳、固氮、生物合成提供了新阶梯。”罗姗姗补充说念。

（开头：Joule）

她还默示，这两方面的职责齐为构建东说念主工光互助用奠定了基础。接下来，我将持续讹诈合成生物学构建高效的 CO2 固定转动系统，接洽将电生物模块与东说念主工 CO2 固定阶梯蚁蚁合，构建电能驱动的 CO2 固定转动系统。咱们还接洽将大肠杆菌改形成依赖东说念主工 CO2 固定阶梯孕育的的自养型细胞工场，讹诈 CO2 坐蓐多种有用化学品。

“此外，咱们作念的商量时时被酶工程改良的才智所抑制，我但愿异日咱们或者解放高效地假想酶、改良酶。”

参考通顺：

1.https://www.nature.com/articles/s41929-022-00746-x

2.https://www.nature.com/articles/s41929-023-01079-z

3.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00581

4.https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(23)00310-0

开头：https://www.top168.com/news/202408/33811.html彩虹小马

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