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新型蛋白质纳米生物反应器释放可持续的生物能源生产

时间：2022-05-19 12:25:05 来源：

羧基体和酶的插图。

利物浦大学的研究人员为可持续发展的清洁生物能源的未来发展开辟了新的可能性。这项发表在《自然通讯》上的研究表明，细菌蛋白的“笼子”如何可以被重新编程为用于生产氢气的纳米级生物反应器。

羧基小体是一种特殊的细菌细胞器，可将必需的固定CO2的固定酶Rubisco包裹到病毒样蛋白质壳中。天然设计的结构，半透性和羧基体的催化改进启发了新型纳米材料的合理设计和工程设计，以便将不同的酶掺入壳中以增强催化性能。

该研究的第一步涉及研究人员将特定的遗传元件安装到工业细菌大肠杆菌中，以产生空的羧基体壳。他们进一步确定了一个小的“连接子”（称为封装肽），该“连接子”能够将外部蛋白质导入外壳。

氢酶（催化氢的产生和转化的酶）对氧的极端敏感性是细菌中氢产生的一个长期存在的问题，因此该团队开发了将催化活性氢酶掺入空壳的方法。

系统，分子和整合生物学研究所的微生物生物能学和生物工程学教授，项目负责人刘宁宁教授说：“我们新设计的生物反应器非常适合对氧敏感的酶，标志着朝着开发和生产用于制氢的生物工厂迈出了重要的一步。”

研究人员与大学材料创新工厂（MIF）的Andy Cooper教授合作，然后测试了细菌细胞和生物化学分离的纳米生物反应器的产氢活性。与没有外壳封装的酶相比，纳米生物反应器的产氢效率提高了约550％，并且对氧气的耐受性更高。

刘教授说：“我们研究的下一步是回答如何进一步稳定封装系统并提高产量。”“我们也很高兴这个技术平台为我们打开大门，在将来的研究中，它创建了一系列合成工厂，以封装各种酶和分子以实现定制功能。”

第一作者，博士生李天培说：由于气候变化，迫切需要减少燃烧化石燃料所产生的二氧化碳排放。我们的研究为工程化基于羧基壳的纳米反应器招募特定的酶铺平了道路，并为开发可持续，清洁的生物能源开辟了新的大门。

参考：李天培，姜秋瑶，黄家峰，凯瑟琳·M·艾奇森，黄芳，杨梦如，格雷戈里·戴克斯，何海伦，王强，赖纳·塞巴斯蒂安·斯派克，安德鲁·库珀（Andrew I.Cooper）和刘露宁（Lu-Ning Liu），2020年10月28日，自然通讯。DOI：
10.1038 / s41467-020-19280-0

该项目由英国皇家学会，生物技术和生物科学研究委员会（BBSRC），英国文化协会牛顿基金会和勒沃胡姆信托基金会资助。该项目还与大学的细胞成像中心，蛋白质组研究中心和生物医学电子显微学部门以及来自河南大学和中南大学的研究人员合作进行。

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