以乙酸盐及乙酸为碳源合成葡萄糖及脂肪酸。 研究团队 供图
酿酒酵母菌株工程改造。 研究团队 供图
微生物“吃醋”产葡萄糖
于涛说，得到乙酸后，研究团队尝试利用酿酒酵母这一微生物来合成葡萄糖。这个过程，就像是微生物在“吃醋”，酿酒酵母通过不断地“吃醋”来合成葡萄糖，但在这个过程中，酿酒酵母本身也会代谢掉一部分葡萄糖，所以产量并不高。
对此，研究团队通过敲除酿酒酵母中代谢葡萄糖的三个关键酶元件，废除了酿酒酵母代谢葡萄糖的能力。敲除之后，实验中的工程酵母菌株在摇瓶发酵的条件下，合成的葡萄糖产量达到1.7克每升。
为进一步提升合成的葡萄糖产量，不仅要废除酿酒酵母的能力，还要加强它本身积累葡萄糖的能力。于是，研究人员又敲除了两个疑似具备代谢葡萄糖能力的酶元件，同时插入来自泛菌属和大肠杆菌的葡萄糖磷酸酶元件。
于涛表示，这两种酶可以“另辟蹊径”，将酵母体内其他通路中的磷酸分子转化为葡萄糖，增加了酵母菌积累葡萄糖的能力。经过改造后的工程酵母菌株的葡萄糖产量达到2.2克每升，产量提高30%。
改造后用于制备葡萄糖的酵母菌株发酵液(棕色溶液)，及制备的葡萄糖(白色溶液)。 研究团队 供图
固态电解质反应器。 研究团队 供图
新型催化方式助力高附加值化合物生产
近年来，随着新能源发电的迅速崛起，电力成本下降，二氧化碳电还原技术已经具备与依赖化石能源的传统化工工艺竞争的潜力。因此，高效的二氧化碳电还原制备高附加值化学品和燃料的工艺被学界认为是建设未来“零碳排放”物质转化的重要研究方向之一。
夏川表示，为了规避二氧化碳电还原的产物局限性，可考虑将二氧化碳电还原过程与生物过程相耦合，以电催化产物作为电子载体，供微生物后续发酵合成长碳链的化学产品用于生产和生活。
微生物作为活细胞工厂，其优点是产物多样性很高，能够合成许多无法通过人工生产或人工生产效率很低的化合物，是非常丰富的“物质合成工具箱”。
曾杰认为，通过电催化结合生物合成的新型催化方式，可以有效提高碳的附加值。研究团队后续将进一步研究电催化与生物发酵这两个平台的同配性和兼容性。未来，如果要合成淀粉、制造色素、生产药物等，只需保持电催化设施不改变，更换发酵使用的微生物就能实现。
