“逆合成生物学”预示着设计师二氧化碳消耗生物

虽然“合成生物学”得到了足够的关注，但它远没有合成化学那么系统托拜厄斯Erb正在改变这一点。这位德国科学家和他在马尔堡马克斯·普朗克陆地微生物研究所的同事们使用“代谢反合成”将不同的酶连接到定制的二氧化碳消耗循环中．

Erb团队的第一个系统连接了源自细菌、古生菌、植物和人类的17种酶，这些酶在试管中将麻烦的温室气体转化为更大的乙醛酸盐和苹果酸盐分子。Erb说:“将我们的方法应用到藻类等光合生物中，这样它就能更有效地固定二氧化碳，并形成一种更专用的产品，这是一个应该可以实现的中期目标。”

在他的职业生涯中分析酶的过程，Erb想要模仿被称为反合成分析的理性有机化学反应设计方法。这与科学家之前试图设计人工途径固定二氧化碳的方法形成了鲜明对比。埃尔布说:“科学家通常在纸上设计一条通路，然后把所有基因放在一个生物体中。”如果这种方法不起作用，就很难知道为什么，因为生物体是如此复杂。“我们想从反应管开始，自下而上地建造。”

两周的反合成表明，大约有70种酶，每种酶可能在预期的循环中实现一个化学转化步骤。然后是两年的实验室工作，在各种条件下探索了大约50个版本的循环，产生了2000个样本。当科学家们发现一个氧化步骤减缓了这个循环时，一个重要的进展出现了。Erb的团队因此修改了负责的酶，使其可以直接使用氧气作为原料，而不是复杂的电子转移化学，包括铁，最终将固定效率提高了20倍。因此，与植物使用的主要碳固定循环相比，所产生的巴豆酰-辅酶a /乙基丙二酰-辅酶a /羟丁基-辅酶a (CETCH)循环似乎略快，所需能量更少。

Erb乐观地认为，这可以使设计生物从二氧化碳中制造出特定的化学构件，可以与化石燃料竞争。他透露，他的团队已经有了一个将乙草酸转化为甘油的工作系统。他说，下一步将是将甘油酸制成甘油，这样在生产商品化学品时“你可以随心所欲”。

“这项工作证明了体外酶途径的巨大优势——快速途径组装和验证，”评论道Yi-Heng Percival Zhang他补充说，副反应和现实生活中较低的二氧化碳浓度将对CETCH循环构成挑战，但他仍然认为这种方法“具有创新性和前景”。