生命体系能够感知氧气（O₂）、二氧化碳（CO₂）等环境气体产生生理反应，且这些气体与生命合成分解代谢息息相关。其中蛋白质合成作为重要的代谢过程和应用需求，常常认为与环境中的O₂调节息息相关，而其它气体比如CO₂关注则较少。研究CO₂对蛋白质合成的影响具有重要基础和应用研究意义，不仅有助于推进生命科学基础研究，而且有助于指导如何利用CO₂实现高附加值功能蛋白质产品的高效合成。

然而，利用CO₂调控蛋白质合成面临两方面挑战亟需解决：一是传统利用细胞合成蛋白质的过程中，CO₂的传质和高浓度抑制问题；二是缺少快速精准调控水相中CO₂浓度且可以灵活放大的反应器模式。

体外无细胞蛋白质合成，是合成生物学研究的前沿热点，可在开放体系中实现蛋白质的高效合成，具备无跨膜运输问题、合成环境可灵活调控、高毒性忍耐性等优势，可解决气体CO₂运输传质等问题。微型套管（tube-in-tube）作为新型的膜反应器，具备高效气液传质和过程条件准确可控等优势，可解决CO₂在水相中快速传质和浓度精准调控的需求问题。本研究创新性地融合两种技术优势，开发了应用于蛋白质按需柔性连续合成新模式。通过调控微型套管反应器内管外的CO₂浓度，探究出适应蛋白合成的最佳CO₂浓度；同时探究了添加CO₂之后O₂对蛋白质合成影响的变化；进一步测试了不同气体条件下无细胞反应的代谢组变化，来探究CO₂对蛋白质合成的内在影响机制。该工作构建了一个同时具有开放生物合成体系和优异气体传质性能的生化反应合成平台，不仅可以作为基础研究平台深刻理解气体对生命过程的影响，还可以作为应用研究平台用于高效的功能蛋白质合成制造。其中发展的CO₂调控蛋白质合成的新范式，将革新绿色生物制造领域，促进生物医药、生物催化等国家重大需求领域的快速发展。

图: Schematic diagram of the tube-in-tube reactor for cell-free protein synthesis.

文章标题：

CO₂-elevated cell-free protein synthesis

期刊期卷号：

Synth Syst Biotechnol, 2022, 7 (3), pp. 911-917

文章路径：

研究团队：

Xiaomei Lin#, Caijin Zhou#, Ting Wang#, Xiaoting Huang, Junxin Chen, Zhixia Li, Jisong Zhang*, Yuan Lu*

#第一作者：

        博士生林晓媚、博士生周才金、博士生王婷

* 通讯作者：

        卢元、张吉松

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