馬克斯-普朗克研究所（Max Planck Institute）的科學家們開發了一種合成途徑，能夠比自然界更有效地從空氣中捕捉二氧化碳，並展示瞭如何將其應用到活體細菌中。這項技術有助於以永續的方式製造生物燃料和其他產品。

正在測試二氧化碳固定的新THETA 循環的小瓶陸地微生物學研究所/ Geisel

植物因能將空氣中的二氧化碳轉化為化學能而聞名，為其生長提供能量。由於大氣中的二氧化碳含量已經過高，而且每天都有更多的二氧化碳被排出，難怪科學家會轉向這個自然過程，以幫助恢復大氣中的二氧化碳含量，同時生產燃料和其他有用的分子。

在這項新研究中，馬克斯-普朗克的科學家們開發了一種全新的二氧化碳固定途徑，其效果甚至比大自然的方法還要好。他們將其稱為THETA 循環，它使用17 種不同的生物催化劑來產生一種名為乙醯-CoA 的分子，乙醯-CoA 是一系列生物燃料、材料和藥物的關鍵組成部分。

該循環是圍繞兩種已知最快的固定二氧化碳的酶–巴豆酰-CoA 羧化酶/還原酶和磷酸烯醇丙酮酸羧化酶–構建的，這兩種酶是從細菌中分離出來的。儘管這兩種酵素捕捉二氧化碳的速度比植物使用的主要酵素快10 倍以上，但進化似乎還沒有自然地將它們配對起來。於是，科學家改換了方法。

首先，研究小組在試管中建構了THETA 循環，以確認其功能，即從空氣中捕捉兩個二氧化碳分子並將其轉化為一個乙醯-CoA 分子。然後，研究人員透過幾輪實驗對其進行了優化，將其產量提高了100 倍。最後，他們開始將此循環納入活細胞–即大腸桿菌。

目前，17 個步驟的過程對於一個細胞來說過於複雜，因此研究小組將其分成三個模組，並將這些模組整合到大腸桿菌中。結果每個模組都能如願工作。下一步是將所有步驟合而為一，但這需要將每個步驟與大腸桿菌的自然新陳代謝同步進行。

研究小組表示，在此期間，這一里程碑仍具有重要意義，這項技術可用於指導微生物生產一系列有價值的化合物。

這項研究的第一作者羅姍姍說：「循環的特別之處在於，它包含了作為細菌新陳代謝核心代謝物的幾個中間產物。這種重疊為開發模組化方法提供了機會。我們的循環有可能成為一個多功能平台，透過擴展其輸出分子乙醯-CoA，直接從二氧化碳中生產有價值的化合物。”

這項研究發表在《自然催化》雜誌。