在合成生物學與能源科學的交叉領域，一項突破性研究為綠色生物制造開辟了新路徑?？蒲腥藛T通過構建人工光合工程細胞，使傳統(tǒng)工業(yè)微生物首次具備直接利用太陽能的能力，實現(xiàn)了廢棄碳源向高附加值化學品的高效轉化。這一成果不僅突破了自然光合作用的效率瓶頸，更為綠色低碳產業(yè)轉型提供了關鍵技術支撐。

傳統(tǒng)生物制造依賴"太陽能-光合生物-糖-微生物-產品"的多級轉化路徑，導致光能利用率不足0.05%。研究團隊創(chuàng)新性地開發(fā)出"入胞式"人工捕光系統(tǒng)，將二維半導體材料直接植入微生物細胞內部。這種設計使光生電子無需跨膜傳遞，在細胞內直接參與代謝反應，將光能轉化效率提升至新高度。實驗數(shù)據(jù)顯示，搭載該系統(tǒng)的工程菌株能夠利用海藻提取物、秸稈水解液等廢棄物作為碳源，在5升發(fā)酵罐中實現(xiàn)2,3-丁二醇30.71克/升的產量。

通過代謝組學與轉錄組學聯(lián)合分析，科研人員揭示了光電子驅動代謝重構的關鍵機制。研究發(fā)現(xiàn)，焦磷酸硫胺素（TPP）相關代謝途徑在光照條件下顯著激活，作為"電子橋梁"促進NAD(P)H與ATP等能量分子的再生。這種胞內電子流通路的重構，實現(xiàn)了無機光電子與生物能量分子的高效耦合，為太陽能驅動的生物合成奠定了分子基礎。

該技術體系展現(xiàn)出顯著的環(huán)境與經濟優(yōu)勢。相比傳統(tǒng)發(fā)酵工藝，新型工程細胞可減少90%以上的溫室氣體排放，同時降低30%的生產成本。研究團隊已成功合成生物塑料PHB、航空燃料α-法呢烯等20余種產品，驗證了其在生物基化學品、生物材料和生物燃料領域的廣泛適用性。特別值得關注的是，該系統(tǒng)能夠直接利用工業(yè)糖蜜廢水等廢棄物，為碳資源的高值化利用提供了創(chuàng)新解決方案。

這項研究通過融合半導體材料科學與合成生物學，構建了太陽能直接驅動生物制造的新范式。其核心突破在于創(chuàng)建了細胞內光能轉化工廠，實現(xiàn)了從"外部供能"到"內部驅動"的根本性轉變。隨著非糧碳源利用路徑的持續(xù)拓展，該技術有望推動生物制造產業(yè)向高效、可持續(xù)方向加速轉型。