微生物电合成生物杂交系统协同为沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustris）提供电子和二氧化碳，以促进番茄红素的生产

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Microbial Electrosynthetic Biohybrid System to Synergistically Supply Electrons and CO2 to Rhodopseudomonas palustris for Lycopene Production

微生物电合成系统通过代谢工程强化番茄红素合成路径并阻断固氮途径，结合MOFs与聚多巴胺膜界面工程，实现定向供电子和CO?同化，使罗德氏菌产生量达3.55 mg/L，电子传递效率提升显著。

　　

摘要

微生物电合成（MES）系统旨在利用电活性微生物（EAMs）实现电力驱动的二氧化碳（CO₂）固定，从而合成多碳化合物。然而，EAMs的细胞外电子转移（EET）效率和二氧化碳同化效率低下，这些因素仍然是限制MES系统性能的关键因素。在这项研究中，我们开发了一种电合成生物杂化系统，能够协同向Rhodopseudomonas palustris（一种EAM）提供电子和二氧化碳，用于番茄红素的生产。通过增强番茄红素合成途径并阻断固氮途径，细胞内的碳和能量流动得到了重新定向，使得番茄红素的产量比野生型R. palustris提高了23倍。为了提高二氧化碳和电子向R. palustris的转移效率，我们在细胞膜上组装了具有高二氧化碳吸附能力的金属有机框架（MOFs）与多巴胺，构建了一种生物杂化MES系统。该系统在两个连续的电合成循环中产生了3.55毫克/升的番茄红素，这是从二氧化碳出发实现的最大番茄红素产量。电化学和转录组分析表明，这种生物杂化MES系统促进了包括EET、Calvin-Benson-Bassham循环和番茄红素合成在内的微生物代谢过程，从而提高了二氧化碳向化学物质的转化效率。这项研究展示了向EAMs定向供应电子和二氧化碳的方法，使得MES系统实现了高性能，并为高效二氧化碳固定和碳负生物制造机制提供了新的见解。

图形摘要

基于Rhodopseudomonas palustris，通过整合代谢工程和界面工程技术，构建了一种电合成生物杂化系统。该系统实现了电子和二氧化碳的协同定向供应，从而实现了高效的番茄红素合成，并具有较高的电子转移效率。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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