工程化产甲烷古菌与生物炭的协同整合：将甲烷升级为可生物降解塑料的循环经济方法

《Environmental Science & Technology》：Synergistic Integration of Engineered Methanogenic Archaea and Biochar for Methane Upcycling to Biodegradable Plastics: A Circular Economy Approach

　　利用工程化甲烷古菌Methanosarcina acetivorans结合外源聚羟基丁酸（PHB）合成模块和秸秆生物炭电子传递系统，实现了高效甲烷转化为PHB的闭环工艺，验证了甲烷碳源向PHB的定向转化路径。

　　

作为地球上主要的甲烷消除机制，甲烷的厌氧氧化（AOM）由于其卓越的碳和能量利用效率，在甲烷转化为化学品的生物技术中具有巨大潜力。然而，技术进步面临关键挑战：在纯培养条件下，天然具有AOM能力的甲烷氧化古菌难以培养，且其基因难以改造。为了克服这些限制，本研究采用了基因可改造的产甲烷古菌Methanosarcina acetivorans，该古菌能够通过逆向甲烷生成过程实现AOM，并将其作为从甲烷生产聚羟基丁酸（PHB）的生物制造平台。通过异源途径工程，我们构建了一个整合了外源PHB生物合成模块的合成甲烷氧化系统。此外，我们还开发了一种创新的细胞外电子转移系统，使用稻草衍生的生物炭作为电子受体。实验表明，经过芬顿改性的生物炭具有更强的AOM促进作用，这归因于其增强的电子接受能力。将经过改造的M. acetivorans与芬顿生物炭结合的优化系统在甲烷供给条件下可产生约0.20克/升的PHB产量。使用¹³C标记的甲烷进行的同位素追踪证实了甲烷中的碳被成功整合到了PHB分子中。这里提出的循环经济方法为温室气体转化和可持续化学品制造开辟了新途径，其应用潜力还可扩展到其他基于甲烷的增值生物产品的合成。