变碳为宝！接受外部电力设计的蓝藻将二氧化碳转化为燃料

科学家们创造了一种光电合成系统，使蓝藻能够利用光和电将二氧化碳转化为醋酸盐或乙烯。1该系统比自然光合作用更节能，并开辟了将可再生电力与光合微生物相结合以可持续生产燃料的新途径。

光合作用将二氧化碳转化为有用的含碳化合物，是地球上最重要的生物过程之一。然而，自然光合作用受到三个降低其整体效率的关键限制。首先，光合作用过程中吸收光并激发电子的光系统I和光系统II具有重叠的吸收光谱，因此竞争光能。其次，光系统 II 产生的氧气与二氧化碳竞争 RuBisCO 的活性位点，RuBisCO 是负责固定二氧化碳的酶。这会导致光呼吸，与所需的碳固定途径竞争。第三，光合作用只能使用来自太阳光谱的一小部分区域（大约 400-700nm）的光能。

为了克服这些限制，由Jeffrey Blackburn和Wei Xiong领导的一组科学家在美国国家可再生能源实验室，设计了一个系统，允许蓝藻使用外部电子和光供应来驱动二氧化碳固定。他们通过基因从蓝藻中去除了光系统 II，并将修饰后的细胞连接到电化学电路中的阴极。在光照下，外部提供的电力充当人工光系统 II，通过将电子传递到光激发光系统 I，使细胞将二氧化碳转化为燃料分子，如醋酸盐和乙烯。Wei 解释说，通过去除光系统 II，“我们阻断了与氧气释放相关的光系统，因此可以抑制光呼吸过程”。“与此同时，我们的系统中只需要一个光系统，因此在光吸收方面没有竞争。”

可再生能源可用于发电，因此该系统提供了一种很有前途的储存这种能量的方法。“我们正在部署的可再生能源数量每年都在增加，但电子并不总是在您需要使用它们的正确时间交付，”布莱克本解释说。使用这种策略，“您可以从光伏或风能中获取电子，并将其存储为化学能，使用细菌-材料界面为您进行转换。” 它还具有吸收温室气体、二氧化碳并将其转化为有用的化学产品的额外好处。

美国犹他大学生物电催化专家雪莱·明特尔( Shelley Minteer)表示，这是一种创造性的创新方法。“这是令人兴奋的，因为微生物并不是真正为电合成而设计的，因此将能力添加到蓝藻中以促进感兴趣的化学物质的能力非常好。” 和弗雷德里克·勒梅特，在法国索邦大学的生物电化学专家指出，“虽然到还有许多工作要做，”比如探索不同的能源和推广，“这种策略无疑铺平了道路，为未来的和互补的二氧化碳固定的工作方式和转换。