有一種吃二氧化碳的新方法。研究人員已經建立了人工合成的葉綠體，即植物細胞內部的光合作用結構。它利用陽光和實驗室設計的化學途徑將CO2轉化為糖。
人工光合作用可用于驅動小型無生命的太陽能工廠，這些工廠生產出治療藥物。而且由于新的化學途徑比自然界發展的任何事物都更有效，因此研究小組希望有一天類似的過程甚至可以幫助從大氣中去除CO2，盡管目前尚不清楚能否將其轉化為大規模的CO2。 ，經濟上可行的操作。該研究成果于1月5日在《科學》上發表。
大自然已經發展了六種“固定” CO2的途徑，也就是利用利用太陽能或化學能的酶將其轉化為糖。2016年，德國馬堡馬克斯·普朗克陸地微生物研究所的合成生物學家托比亞斯·埃爾布(Tobias Erb)和他的同事們設計了第七套2。“我們只是出于熱力學和動力學方面的考慮，問我們是否可以重新考慮將CO2固定并提高效率，” Erb說。他們將通路稱為CETCH循環-一種復雜的酶網絡，其能量效率比自然光合作用的通路高20%。
但是尚不清楚CETCH循環是否與活細胞的其他機械兼容。為了探索這種可能性，Erb的同事Tarryn Miller轉向了菠菜。她從葉綠體(所有植物共有的光合作用細胞器)中提取了采光膜，并將其與CETCH循環中的16種酶一起置于反應容器中。進行一些調整后，Erb，Miller及其合作者發現，他們可以使菠菜膜和CETCH循環酶一起發揮作用。
他們有效地創造了一種人造葉綠體，其中菠菜的葉綠體膜在合成的CETCH循環酶利用該能分解CO2之前就收集了太陽能。這些酶將CO2轉化為一種稱為乙醇酸酯的分子，可用作制造有用的有機產品的原料。
“這是一個重大發現，”未參與這項研究的科羅拉多州國家可再生能源實驗室的物理生化學家保羅·金說。
這組作者說，盡管這只是原理上的證明，但已經有可能思考將人造葉綠體發揮作用的方式。由于合成生物學的進步，現在可以對微生物進行改造，以生產出有用的分子，例如藥物。但是活細胞內部可以合成的物質有限。厄爾布說，人造葉綠體可以為無生命的微型反應器提供動力，從而產生活細胞無法產生的分子。
明尼阿波利斯明尼蘇達大學的合成生物學家凱特·阿達瑪拉(Kate Adamala)說，它們可能比微生物更有效。她說：“天然細胞需要大量能量才能維持生命，而合成的[系統]則不需要生長，繁殖或維持任何類似生命的功能。”這意味著合成系統的整個“代謝”都可以集中在生產有價值的化學物質上。阿達瑪拉說，甚至有可能想象人造葉綠體在隔離大氣中的CO2中起作用。
但是在這些應用程序變為現實之前，還需要解決一些問題。例如，人造葉綠體中的菠菜膜在開始降解之前僅運轉了幾個小時，從而限制了系統的使用壽命。生長菠菜并從其細胞中提取膜比較耗時。Erb說：“使用葉綠體提取物并不是最明智的選擇。”因此，他的團隊還在開發人造系統來替代菠菜膜。