二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）是導(dǎo)致全球氣候變暖的主要溫室氣體。作為碳排放量最高的國(guó)家，我國(guó)面臨巨大的減排壓力。若以CO2和CH4為原料合成高值化學(xué)品，既可以減少其排放，又可以解決原料短缺的問(wèn)題，是非常具有吸引力的溫室氣體減排策略。生物轉(zhuǎn)化能夠在溫和條件下將CO2和CH4轉(zhuǎn)化為高附加值的復(fù)雜化學(xué)品，具有選擇性高、能耗低、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，是具有顯著綠色制造特征的溫室氣體高值化途徑。直接催化CO2和CH4轉(zhuǎn)化的酶是決定溫室氣體轉(zhuǎn)化效率和目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量的關(guān)鍵，在溫室氣體的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程中扮演著重要角色。

近日，西安交通大學(xué)費(fèi)強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際生物技術(shù)著名期刊《生物技術(shù)進(jìn)展》（Biotechnology Advances）以“CO2和CH4的生物催化：關(guān)鍵酶與挑戰(zhàn)”（Biocatalysis of CO2and CH4: Key enzymes and challenges）為題發(fā)表綜述文章。文章總結(jié)了直接催化CO2和CH4轉(zhuǎn)化的酶及相應(yīng)的反應(yīng)，分析了當(dāng)前CO2和CH4的生物催化面臨的催化效率低、反應(yīng)機(jī)制尚不明確、酶構(gòu)效關(guān)系認(rèn)識(shí)不足、酶穩(wěn)定性差、輔助因子昂貴和依賴活細(xì)胞等挑戰(zhàn)，針對(duì)性地提出了從動(dòng)態(tài)視角審視酶與溫室氣體間的互作關(guān)系、系統(tǒng)表征固定化酶催化活性降低的確切因素、新型功能材料與酶固定化相結(jié)合、構(gòu)建人工輔因子循環(huán)系統(tǒng)、CO2的還原和CH4氧化過(guò)程耦聯(lián)等研究思路。文章為突破CO2和CH4的生物催化面臨的瓶頸提供了方法指引，為建立高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的溫室氣體生物催化反應(yīng)系統(tǒng)提供了備選方案，助力國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和生物制造戰(zhàn)略的實(shí)施。

生物催化CO2和CH4面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)工具

西安交通大學(xué)為唯一通訊單位，化工學(xué)院副教授李愛(ài)朋為第一作者，費(fèi)強(qiáng)教授為通訊作者。該工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目、陜西省杰出青年科學(xué)基金和陜西省高校青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的支持。