连接在一起的共生多生物可以将阳光和空气转化为有价值的蛋白质

一种由三种微生物和一种导电聚合物组成的人工生物系统已被证明比天然生物更有效地利用阳光、大气中的二氧化碳和氮气生产蛋白质。研究人员说，多生物方法可以使共生微工厂能够合成对农业、环境、食品和医疗应用有用的商业生物化学品。

几十年来，单个微生物物种已被用于生产天然产品。然而，人工结合微生物的不同能力以共生方式共同工作的系统可以开辟更环保和更有效的生产路线。问题是共生关系有局限性，因为微生物之间电子和化学物质的交流效率低，导致产量低。

现在浩田呗和他在中国科学院的同事们开发了一种概念验证的光合人工共生体，其中三种微生物成分共同作用，利用阳光、二氧化碳和氮气制造多肽。至关重要的是，该系统中的导电聚合物通过增强分子和电子在物种之间的直接转移，克服了以前的效率限制。

该团队开始设计一个系统，可以产生两种天然生物合成效率较低的靶蛋白。第一种是γ-聚谷氨酸(γ-PGA)，用于食品工业、制药和水处理。第二，杆菌肽A是一种抗生素。“我们的方法包括仔细选择和测试不同的生物体，以确定哪些组合在我们的生物合成系统中最有效，”Bai解释说。

研究小组从土壤细菌开始研究地衣芽孢杆菌这种细菌具有产生γ-PGA和杆菌肽a的代谢途径。然而，它无法单独利用太阳能从二氧化碳和氮中合成这些物质。为此，研究小组确定了一种淡水蓝藻属集胞藻属作为理想的伙伴，可以通过光合作用固定碳，并为系统提供必要的碳水化合物来源。同时，一种固氮细菌Rhodopseudomonas palustris用于将大气中的氮转化为铵，作为原料所需的地衣芽孢杆菌来产生目标蛋白。

白教授说:“三种生物的结合可以产生多肽，但效率很低。”为了提高效率，研究小组引入了一种由聚(芴-联苯)制成的导电聚合物。Bai解释说:“我们相信，导电聚合物可以使多种生物共生体形成一个网络，并实现分子和电子的稳定转移。”

结果表明，与无导电聚合物相比，γ-PGA的产率提高了104%，光合效率从0.71%提高到1.43%。当该体系被设计为生产杆菌肽A时，产量提高了77%。白说:“这种低成本生产高价值产品的方法对可持续制造业具有重要意义。”

然而,帕特里克•琼斯他在伦敦帝国理工学院研究微生物合成代谢途径。他指出，研究中关于分子运输的许多观察结果，特别是铵的分子运输，具有不完全的因果关系，一些关键的相互作用仍未得到证实。他说:“就多物种的复杂性和与非生物过程元素的相互作用而言，这很有趣，但它不太可能具有商业竞争力，而且可能很难(在商业规模上)复制。”