近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李燦院士團(tuán)隊(duì)在人工光合成—生物制造“接力”合成L-乳酸研究方面取得新進(jìn)展。他們通過(guò)人工光合成交叉合成生物學(xué)，利用二羥基丙酮作為中間體，實(shí)現(xiàn)了利用太陽(yáng)能等可再生能源將二氧化碳和水合成光學(xué)純L-乳酸。
2017年，李燦團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種高選擇性、高穩(wěn)定性的二氧化碳加氫制甲醇固溶體催化劑，并于2020年在蘭州新區(qū)完成了全球首套千噸級(jí)液態(tài)太陽(yáng)燃料合成的全流程中試項(xiàng)目，邁出了太陽(yáng)能等可再生能源轉(zhuǎn)化為液體燃料的關(guān)鍵一步。他們形象地稱這種液態(tài)太陽(yáng)燃料為“液態(tài)陽(yáng)光”。李燦院士表示，以“液態(tài)陽(yáng)光”為基礎(chǔ)，通過(guò)人工光合成與合成生物學(xué)的“接力”，就可以實(shí)現(xiàn)從二氧化碳通過(guò)綠色生物制造合成各種化學(xué)品和高端化學(xué)品。
在此項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)通過(guò)化學(xué)催化與生物細(xì)胞催化“接力”策略，首先以“液態(tài)陽(yáng)光”甲醇為基礎(chǔ)，經(jīng)光、熱催化制備二羥基丙酮；然后通過(guò)細(xì)胞催化將其轉(zhuǎn)化為光學(xué)純L-乳酸。研究發(fā)現(xiàn)，畢赤酵母細(xì)胞能將二羥基丙酮近乎完美地轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-乳酸，轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%，補(bǔ)料分批發(fā)酵時(shí)L-乳酸產(chǎn)量可達(dá)100克/升以上，相比催化轉(zhuǎn)化葡萄糖(糧食來(lái)源)合成L-乳酸具有顯著優(yōu)勢(shì)。
該策略結(jié)合了化學(xué)催化二氧化碳的催化轉(zhuǎn)化優(yōu)勢(shì)與生物合成的產(chǎn)物選擇性優(yōu)勢(shì)，其中二羥基丙酮作為生物轉(zhuǎn)化的中心代謝物，通過(guò)不同的工程微生物，可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)導(dǎo)向的生物制造各種高端生物基化學(xué)品，特別是大宗食品飼料類生物大分子原料等。未來(lái)，李燦團(tuán)隊(duì)將通過(guò)進(jìn)一步的技術(shù)開(kāi)發(fā)和放大示范驗(yàn)證，使二氧化碳和水合成光學(xué)純L-乳酸走向工業(yè)應(yīng)用。
