西北大学与斯坦福大学的科研团队在合成生物学领域取得进展，成功开发出一种人工设计的代谢系统，可将二氧化碳转化为具有实用价值的生物基化学品。相关研究已发表于《自然化学工程》期刊。

该系统被命名为“还原甲酸途径”，其核心在于利用工程化酶，在活细胞外将源自二氧化碳的甲酸转化为通用的细胞代谢物乙酰辅酶A。研究团队进一步演示了将该代谢物转化为苹果酸的过程，后者在食品、化妆品及可生物降解塑料等领域具有应用价值。

西北大学助理教授阿什蒂·卡里姆表示：“受自然界的启发，我们试图利用生物酶将二氧化碳衍生的甲酸盐转化为更有价值的物质。由于自然界中没有现成的酶可以做到这一点，我们决定人工合成一套。”

研究采用无细胞合成生物学技术，高效筛选并设计了五种关键酶，构建出包含六个步骤的人工代谢途径。与依赖活细胞的方法相比，该体外系统允许对反应条件进行更精确的控制。团队证明，该途径不仅能利用甲酸，也可接受甲醛、甲醇等其他一碳化合物作为原料。

斯坦福大学教授迈克尔·朱厄特指出：“这是首次展示能够实现这一目标的合成代谢途径架构。我们预计，融合化学和生物学两大领域的混合技术将为实现碳排放和能源效率更高的未来提供变革性的新方向。”

该研究为实现二氧化碳资源化利用提供了一种新策略，展示了通过理性设计和集成生物催化与化学过程，将温室气体转化为高附加值产品的潜力。团队后续工作将聚焦于优化该途径的效率与稳定性，并探索其生产更多元化学品的可能性。

更多信息： 标题：一种用于从电化学还原的 CO2 中生物催化升级甲酸的合成无细胞途径，发表于：《自然化学工程》 (2025)。期刊信息： 自然化学工程