蓝藻研究释放了二氧化碳可再生塑料的潜力

曼彻斯特大学的科学家在利用蓝藻（俗称“蓝绿藻”）将二氧化碳（CO2）转化为有价值的生物基材料方面取得了重大突破

他们的工作发表在《生物燃料和生物产品的生物技术》上，可以加速开发塑料等化石燃料衍生产品的可持续替代品，帮助为碳中和循环生物经济铺平道路

这项研究由Matthew Faulkner博士领导，与Fraser Andrews博士和Nigel Scrutton教授一起工作，重点是改善柠檬酸盐的生产，柠檬酸盐是有机玻璃或有机玻璃等可再生塑料的前体化合物。通过采用一种名为“实验设计”的创新方法，该团队通过优化关键工艺参数，将柠檬酸盐的产量显著提高了23倍

为什么是蓝藻

蓝藻是能够进行光合作用的微生物，将阳光和二氧化碳转化为有机化合物。它们是工业应用的有前景的候选者，因为它们可以将二氧化碳（一种主要的温室气体）转化为有价值的产品，而不依赖于糖或玉米等传统农业资源。然而，到目前为止，这些生物的缓慢生长和有限的效率给大规模工业应用带来了挑战

“我们的研究解决了使用蓝藻进行可持续制造的关键瓶颈之一，”Matthew解释道。“通过优化这些生物体如何将碳转化为有用的产品，我们朝着使这项技术在商业上可行迈出了重要的一步。”

突破背后的科学

该团队的研究集中在集胞藻PCC 6803上，这是一种研究得很好的蓝藻菌株。他们研究的重点柠檬酸盐是使用两种关键代谢物：丙酮酸和乙酰辅酶a在一个酶促步骤中生产的。通过微调光强度、二氧化碳浓度和营养物质可用性等工艺参数，研究人员能够显著提高柠檬酸盐的产量

最初的实验只产生了少量的柠檬酸盐，但实验方法的设计使团队能够系统地探索多种因素之间的相互作用。因此，他们在2升光生物反应器中将柠檬酸盐的产量提高到6.35克/升（g/L），生产率为1.59克/升/天

虽然由于光传输挑战，当扩大到5升反应器时，生产率略有下降，但该研究表明，在生物技术扩大过程中，这种调整是可控的

循环生物经济愿景

这项研究的意义不仅限于塑料。丙酮酸和乙酰辅酶A是参与柠檬酸盐生产的关键代谢产物，也是许多其他生物技术重要化合物的前体。因此，本研究中展示的优化技术可以应用于生产从生物燃料到药品的各种材料

通过提高碳捕获和利用的效率，该研究有助于全球减缓气候变化和减少对不可再生资源的依赖

“这项工作强调了循环生物经济的重要性，”Matthew补充道。“通过将二氧化碳转化为有价值的东西，我们不仅减少了排放，而且创造了一个可持续的循环，碳成为我们每天使用的产品的基石。”

接下来是什么

该团队计划进一步改进他们的方法，探索在保持效率的同时扩大生产的方法。他们还在研究如何调整他们的方法来优化蓝藻中的其他代谢途径，以扩大可以可持续制造的生物基产品的范围 More information: Matthew Faulkner et al, Improving productivity of citramalate from CO₂ by Synechocystis sp. PCC 6803 through design of experiment, Biotechnology for Biofuels and Bioproducts (2024). DOI: 10.1186/s13068-024-02589-z