作为生命体的基础构建单元，氨基酸不仅构成人体蛋白质，更是制药、保健品、化妆品及饲料工业的关键原料。然而，传统氨基酸生产工艺能耗极高，伴随严重的温室气体排放与资源消耗。近日，美国佐治亚理工学院团队在《ACS合成生物学》期刊发表突破性成果，提出一种可商业化、环境可持续且具备“碳负排放”特性的氨基酸生产新方案。
该研究由生物工程博士生Ray Westenberg与Pamela Peralta-Yahya教授领衔，在2024年技术基础上实现了关键突破。团队成功将二氧化碳转化为氨基酸的转化率提升至前所未有的97%，同时将生物加工成本降低超过40%。这是目前合成生物学领域报道的二氧化碳当量转化为氨基酸的最高效率。
研究核心在于优化“无细胞系统”——即利用细胞内的酶和代谢机器，但不依赖活细胞本身。团队发现，残留的细胞碎片会像机器中多余的齿轮一样消耗原料，降低效率。通过引入嗜热菌（Moorella thermoacetica）产生的耐热酶，团队在加热去除无效背景组件的同时，保护了关键反应系统。冷却后，丝氨酸和甘氨酸的合成产率跃升至97%，是此前系统的近三倍。
为实现工业化落地，团队还攻克了成本瓶颈。系统中最昂贵的辅酶四氢叶酸（THF）用量被通过反应耦合技术减少了五倍，使整体成本下降42%。Peralta-Yahya教授表示：“这项工作将叙事从单纯减少排放转变为利用碳源创造价值，为碳负排放技术走出实验室、迈向连续化工业生产铺平了道路。”
对于中国生物制造行业而言，这一技术路线展示了利用非粮碳源实现高值化学品绿色合成的巨大潜力，特别是在“双碳”目标下，开发低能耗、负排放的生物催化工艺将成为未来产业竞争的关键高地。