川观新闻记者 徐莉莎 综合新华社、电子科技大学官微报道

4月29日凌晨，电子科技大学官宣重磅科研成果：该校夏川课题组、中国科学院深圳先进技术研究院于涛课题组与中国科学技术大学曾杰课题组，通过电催化结合生物合成的方式，将二氧化碳高效还原合成高浓度乙酸，进一步利用微生物可以合成葡萄糖和油脂。

改造后用于制备葡萄糖的酵母菌株发酵液（棕色溶液）以及制备的葡萄糖（白色溶液） 研究团队供图

葡萄糖和油脂是重要的粮食成分。这项技术既回收了二氧化碳，又产生高附加值化学品，为人工和半人工合成“粮食”提供了新的技术。该成果以封面文章的形式发表在北京时间4月28日出版的国际学术期刊《自然—催化》上。

把二氧化碳转化为高附加值化合物，“变废为宝”，是科技界持续攻关的重要领域。2021年，我国科学家宣布在实验室实现了从二氧化碳和氢气到淀粉分子的人工全合成。

除了淀粉，二氧化碳还能“变成”哪些“宝”？联合课题组则独创了一种二氧化碳转化新路径。科研人员先将二氧化碳和水转化成酿酒酵母的“粮食”乙酸。乙酸不仅是食醋的主要成分，也是一种优秀的生物合成碳源，可以转化为葡萄糖等其他生物物质。酿酒酵母不断“吃醋”，进而合成葡萄糖和脂肪酸。

通过固态电解质反应器制备的乙酸水溶液。 研究团队供图

这项革命性“炼金术”的第一步，就由曾杰课题组联合夏川课题组完成。

他们设计了一款新型电化学催化装置，二氧化碳先被碳负载镍单原子高效催化成一氧化碳，再通过晶界铜将一氧化碳催化合成乙酸。

示意图：通过电化学耦合生物发酵实现将二氧化碳和水转化长链产品 研究团队供图

常规的电催化装置产出的乙酸会混合很多电解质盐，无法直接用于生物发酵。这一新型固态电解质装置，只利用二氧化碳和水就能长时间稳定制备纯乙酸，为第二步中的酵母细胞提供稳定可靠的“食物”。据研究完成者之一、电子科技大学教授夏川介绍，利用该装置，能够超140小时连续制备纯度达97%的乙酸水溶液。

得到乙酸后，第二步由于涛课题组利用酿酒酵母将乙酸转化为葡萄糖。但是，他们发现酿酒酵母在合成葡萄糖时也在代谢葡萄糖。就像厨师一边做一边吃，永远也无法上菜。

于是，研究人员敲除了酵母菌5个代谢葡萄糖中的基因，废除其利用葡萄糖的能力，同时插入两个外源基因，使细胞中其他物质也转化为葡萄糖。经过反复实验，葡萄糖产量达到每升2.2克。

自然界中粮食作物生长受季节、地域、气候的影响，此项研究完全实现人工可控，突破了众多外界条件限制。“利用这种电催化与生物合成相结合的模式，‘从无到有’地在克级水平合成了葡萄糖，这显示了该策略较高的生产水平与发展潜力。” 研究完成者之一、中国科学院深圳先进技术研究院研究员于涛说。

“未来，如果要合成淀粉、制造色素、生产药物等，只需保持电催化设施不变，更换发酵使用的微生物就能实现。” 夏川表示，从科研成果的产出到规模化应用仍有较长距离，有赖于相关技术的全面提升和成本的持续降低。未来，将进一步研究电催化与生物发酵这两个平台的同配性和兼容性。

固态电解质反应器 研究团队供图

中国科学院院士、中国催化专业委员会主任李灿研究员认为，该工作耦合人工电催化与生物酶催化过程，发展了一条由水和二氧化碳到含能小分子乙酸，后经工程改造的酵母微生物催化合成葡萄糖和游离的脂肪酸等高附加值产物的新途径，为人工和半人工合成“粮食”提供了新的技术。

上海交通大学微生物代谢国家重点实验室主任邓子新院士评价，该研究开辟了电化学结合活细胞催化制备葡萄糖等粮食产物的新策略，为进一步发展基于电力驱动的新型农业与生物制造业提供了新范例，是二氧化碳利用的重要发展方向。

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