西安交大科研人员在一碳气体生物转化利用领域取得新进展

在国家“双碳”战略目标的背景下，如何实现碳资源的有效循环利用，已成为人类社会发展面临的最严峻问题之一。作为一碳温室气体，甲烷（CH4）来源广泛，也是重要的微生物碳源，将其生物转化制备化学品，既有助于温室气体减排，又可拓宽生物制造原料来源，为助力实现“碳中和”目标提供技术支撑和解决方案。作为石油炼制的一类重要的化学品，醇类化合物可广泛用于能源、材料、医药等行业领域。为摆脱对传统石化资源的依赖，利用微生物合成醇类化合物，已成为极具潜力的生物制造路线，并对推动绿色经济发挥重要作用。

近日，西安交通大学化学工程与技术学院费强课题组在国际生物技术权威期刊《生物技术进展》（Biotechnology Advances）发表综述文章，全面总结了利用微生物转化甲烷、二氧化碳等一碳气体合成短链生物醇的研究进展，详细介绍了嗜甲烷菌等模式菌株与生物固碳相关的代谢途径，并从底物活化电子能量供给、产物耐受菌筛选与耐受机理解析、关键中间代谢物累积、基因表达调控以及产物合成碳通量优化等角度系统阐述了一碳气体合成生物醇的最新进展，同时分析和讨论了该生物技术面临的挑战和前景，为一碳气体的高效生物利用途径及碳资源循环经济模式的建立提供了理论指引。

费强课题组长期围绕嗜甲烷菌的人工构建及其甲烷代谢机制进行探究，近日首次通过实验证实了I型嗜甲烷菌模式菌株的氮气固定能力，揭示了该菌株关键转录因子NifA对胞内固氮功能酶、甲烷代谢、能量供给、膜转运和细胞生长等基因的调控作用和影响机制。该研究不仅为了解嗜甲烷菌的生理特性和胞内氮代谢奠定了研究基础，还为甲烷-氮气共利用合成蛋白饲料等高附加值产品提供了技术经济可行性策略。该研究成果发表在国际应用生物技术领域权威期刊《应用微生物与生物技术》（Applied Microbiology and Biotechnology）上。

西安交通大学化工学院助理教授郭树奇为上述论文第一作者，化工学院费强教授为唯一通讯作者，化工学院为唯一通讯作者单位。以上研究工作得到了国家重点研发计划绿色生物制造专项和合成生物学专项、国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、中国博士后科学基金、中央高校基本科研业务费、西安交通大学青年拔尖人才计划、西安交通大学青年优秀人才计划等项目支持，并联合中国生物工程学会一碳生物技术专业委员会进行推广。

中国生物工程学会一碳生物技术专业委员会是由西安交通大学与中国科学院微生物研究所共同发起创建的一个全国性学术组织，西安交大化工学院为该专委会挂靠单位。中国生物工程学会一碳生物技术专委会旨在搭建一个面向一碳原料生物利用关键核心技术的学术交流平台，组织和推动国内外一碳生物技术专业学术活动及学术交流，促进一碳生物技术产业发展，为一碳生物技术研发及相关产业发展和公益事业服务等创建开放、合作、共享的学术氛围。以生物技术为核心对一碳物质进行转化的技术，对实现“双碳”目标能够作出重要的创新贡献。

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734975022000507

https://link.springer.com/article/10.1007/s00253-022-11910-5