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近日，中国科学院青岛能源所微生物制造工程中心研发出了一项令人振奋的技术，他们利用二氧化碳成功合成了葡萄糖，并构建了一种细胞工厂来实现这一过程。这项技术的出现，有望解决全球气候危机和粮食短缺的问题，同时也为生物炼制工业提供了新的思路。  二氧化碳合成葡萄糖流程 首先，让我们了解一下葡萄糖的重要性。葡萄糖是自然界中最丰富的单糖之一，是细胞的基本能量来源。然而，随着全球气候变化和人口增长的加剧，粮食短缺问题也日益严重。为了解决这个问题，我们需要寻找一种更高效、可持续的方式来生产葡萄糖。 传统的葡萄糖生产方式主要是通过植物木质部的生物质转化而来，也就是我们常说的“植物—生物质—糖”路线。然而，这种方式的缺点在于植物生长周期长、生物质采集半径大、预处理过程成本高等问题。因此，我们需要一种新的方式来生产葡萄糖。  用有大量表面缺陷的Cu催化剂把CO电催化还原成纯乙酸 在这个背景下，利用二氧化碳合成葡萄糖的技术应运而生。这种方法可以直接利用二氧化碳作为原料，通过微生物的代谢作用将其转化为葡萄糖。这种方式的优点在于高效、可持续、环保等方面，因此备受科研人员和工业界的关注。 然而，要实现这一技术并不容易。光合作用是自然界中最为复杂的代谢过程之一，需要精细的调控和协作。在自然条件下，光合作用的产物往往并不会以游离的形式积累，因为它们需要随时参与到生物代谢循环中。因此，要构建一个能够直接合成并分泌葡萄糖的细胞工厂，需要深入了解光合作用的机制和调控原理，并对细胞进行精心的遗传和代谢改造。 为了实现这一目标，中国科学院青岛能源所的科研人员采用了蓝细菌作为平台。蓝细菌是一类具有自我复制能力的原核微生物，具有光合作用的能力。通过对蓝细菌的代谢网络进行分析和重塑，科研人员成功构建了一种能够直接利用二氧化碳合成并分泌葡萄糖的细胞工厂。  通过电化学耦合生物发酵实现将二氧化碳和水转化为长链产品的示意图 在这一过程中，科研人员发现了一个有趣的现象：葡萄糖激酶的活性对葡萄糖的合成和分泌起着关键作用。在蓝细菌中，存在两个葡萄糖激酶基因，它们可能对后续改造不利。因此，科研人员对这两个基因进行了敲除。然而，出乎意料的是，这一操作直接导致了蓝细菌具有了高效合成和分泌葡萄糖的能力。 在对这一现象进行深入研究后，科研人员发现，在蓝细菌中存在一个稳定的蔗糖代谢循环。在这个循环中，蔗糖被水解成葡萄糖和果糖，然后通过葡萄糖激酶的作用磷酸化，重新进入中心代谢途径。而葡萄糖激酶活性的缺失阻断了这一循环中的“再利用”过程，导致了后续的葡萄糖积累和分泌。 这一发现具有重要的意义。首先，它揭示了限制蓝细菌光驱固碳合成葡萄糖潜力的遗传与代谢因素。其次，它更新了我们对于天然蔗糖代谢机制的认识。更重要的是，通过人工阻断葡萄糖激酶活性和工程藻株基因组自发突变的结合，科研人员成功将光合作用固定的二氧化碳重定向至葡萄糖的合成和分泌途径中。 这项技术的成功构建，为未来发展更高效的葡萄糖定向生产技术及工业化利用奠定了基础。它不仅有望解决全球气候危机和粮食短缺的问题，还可以为生物炼制工业提供新的思路和方法。 总的来说，利用二氧化碳合成葡萄糖的细胞工厂的成功构建，是科技创新与环保意识相结合的典范之作。它为我们提供了一种全新的、更高效、更可持续的葡萄糖生产方式，为解决全球问题做出了重要贡献。同时，这项技术也为其他生物制造领域提供了新的启示和可能，展示了生物科技在解决全球问题中的巨大潜力。 |
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