当前位置:首页 >深圳 >

深圳先进院钟超团队在半人工光合作用领域取得新突破

来源: 深圳新闻网   2022-05-07 13:22:02

读特客户端·深圳新闻网2022年5月7日讯(记者 叶梅 通讯员 赵梓杉)“万物生长靠太阳”。光合作用是指植物或藻类吸收太阳光,将二氧化碳和水合成有机物,并释放氧气的过程。

而近期科学领域非常“火爆”的半人工光合作用其原理也十分类似,主要是通过人为的方式去模拟光合作用,利用光能催化生产燃料分子或各种有用化学品。半人工光合系统中通常采用半导体作为吸光材料,然而在反应过程存在吸光材料与生物细胞不兼容,导致光合作用效果较差、细胞难以循环使用等一系列问题。

北京时间5月7日,发表在Science子刊《科学进展》上的一项最新研究表明,细菌生物被膜可提供一个理想界面,在微米尺度物理分隔半导纳米材料和细菌,显著降低光照条件下半导材料对细菌细胞膜的破坏,最终提高半人工光合作用体系的稳定性和可持续性。研究人员利用这一设计的界面,实现了光驱二氧化碳的高效固定,为收获高附加值的能源和化学品提供了重要工具。

这一成果由中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所、深圳合成生物学创新研究院副研究员王新宇和上海科技大学博士生张继聪为文章共同第一作者,钟超研究员为唯一通讯作者。

生物被膜为细胞构筑“防护网”

当前的半人工光合系统通常由吸光材料和工程细菌两部分构成,前者负责吸收并储存太阳光中的能量,后者则可以利用这些能量,进而生产各种对人类有用的产品。半导体材料因其优良的吸光性能,常作为半人工光合作用的吸光材料。

然而,在半导体材料吸收太阳光能量的同时,也会在其周围生成一种“氧化空穴”,这种“氧化空穴”则对细菌有很强的毒性,在反应过程中,光生氧化空穴会对细菌细胞造成破坏,甚至会造成整个细胞的破裂,严重影响“细菌工厂”的正常运转。

那么,要如何解决这一问题呢?

在此项研究中,研究团队从减少半导体材料与细菌接触的角度出发,进行了响应设计与研究。在半人工光合作用体系中,通过合成生物学改造大肠杆菌生物被膜,经由生物被膜的微生物原位矿化机制构建了一种牢固的生物材料+无机材料的兼容界面。

研究人员首先在基因层面对大肠杆菌生物被膜的主要成分——CsgA蛋白进行了重新设计,通过将其与具有矿化能力的短肽融合表达,使其能原位固定及负载半导体颗粒。

这样,在生物被膜的固定下,半导体材料就很难对细菌产生破坏,相当于在细菌工厂表面人为铺上了一张防护网。

就像人类干活要吃饭,生物干活也要吸收能量,半导体需要在吸收光能后通过“安全网”传给微生物细胞,才能使细胞更有动力去“变身”。

“在半人工光合作用这一新兴领域,团队通过合成生物学技术构建的大肠杆菌功能生物被膜,能起到‘安全网’的作用”。王新宇说道,通过表达具有矿化能力的胞外被膜蛋白,避免了高能半导体材料与细菌的直接接触,从而大大降低了对工程菌的伤害。

123下一页全文阅读

相关文章

TOP