细菌被迫进化以消耗二氧化碳来产生生物量

通过完全重新布线大肠杆菌新陈代谢是合成生物学的动力来源二氧化碳．

地球上的大多数生物都是自养生物。这些植物、微生物和其他使用能量(通常以光和碳的形式)来合成它们自己的食物的生物。因此，自养生物在地球的碳循环中起着重要作用，可以帮助人类解决二氧化碳问题。

努力建立或调整光合作用是常见的，但转换大肠杆菌将二氧化碳转化为细菌并将其作为能源是一种新技术。罗恩·米洛他是以色列魏茨曼科学研究所的系统生物学家，他的团队通过哄骗实现了这一目标大肠杆菌进化出一种自养的生活方式，通过消耗单一的碳化合物甲酸盐并使用它来产生能量，然后驱动二氧化碳产生生物质。

研究小组通过灭活正常细胞中涉及的关键酶来实现这种转化大肠杆菌新陈代谢，并添加引导卡尔文循环的酶基因，自养生物利用卡尔文循环将二氧化碳转化为糖。然后用有限的糖和10%的二氧化碳培养工程细菌。这提供了一个具有选择性优势的环境大肠杆菌自养的生活方式。大约200天后，连续几代细菌都完成了营养变化。他们现在正在使用甲酸盐来产生卡尔文循环所需的能量。

长期以来，合成生物学一直试图设计一种比光合作用更有效的过程。然而，这是极其复杂的，需要将大量新基因植入细胞。然而，对这些细菌的基因组测序显示，只需要11个突变就能创造出一种能够捕获二氧化碳并将其转化为生物质的细菌。

大肠杆菌通常用于合成生物学生产从药物到生物燃料的所有东西。米洛解释说，这项工作是“对转化能力的概念证明大肠杆菌进行碳固定，知道其他实验室可以添加生物合成途径，可以产生有用的产品”。目前，这种菌株还不适合工业应用，生长速度比正常菌株慢，尽管数量不多，但仍然是二氧化碳的净生产者。

然而，该方法的另一个优点是，甲酸盐很容易使用二氧化碳和电力生产。“使用太阳能电池，你可以产生大量的甲酸盐，然后将其与甲酸盐消耗生物结合，将这种化合物转化为任何其他化合物，”他说托拜厄斯Erb他是德国马尔堡马克斯普朗克研究所的合成生物学家。这实际上就是杂交光合作用。这种类型的系统也可以抵消任何碳仍然产生的大肠杆菌．

“在像藻类这样的自然系统中，相同的细胞必须捕获光能并进行固定，这带来了许多挑战，”解释说马丁Jonikas他是普林斯顿大学的分子生物学家。对他来说，将光收集与二氧化碳固定分离是这种方法的主要机会之一。

米洛继续研究这种转变的遗传基础，并专注于进化这种细菌，使其在环境二氧化碳水平下生长，以便为工业应用铺平道路。