天津大学贾晓强课题组：表面展示碳酸酐酶制备全细胞生物催化剂用于捕获与矿化CO2 |SSB

面对CO₂排放带来的环境威胁以及我国的“双碳”目标，减少CO₂的排放并将其转化为可利用的能源物质对人类的生存和可持续发展具有重要意义，开发可以减少CO₂排放或将其从大气中捕获的技术至关重要。

利用碳酸酐酶（CA）实现CO₂矿化的方法具有反应条件温和、过程绿色和无二次污染等优点，且矿化产物性质稳定、对环境友好，已成为目前最具前景的CO₂捕获与利用技术之一。但CA纯化成本高、稳定性差、易失活且无法回收再利用等缺点使其应用受到了限制，使用全细胞催化剂可以解决这些问题。而胞内表达CA制备全细胞催化剂由于外膜屏障会造成催化效率和酶活性的损失；通过表面展示技术可以解除细胞膜屏障，提高全细胞催化剂的酶活力。目前，针对不同来源的CA，研究人员开发了基于多种宿主的表面展示系统用于捕获CO₂，但其全细胞酶活力均较低。

天津大学贾晓强课题组通过表面展示碳酸酐酶制备全细胞生物催化剂，实现了酶活性和酶学性质的提升，并通过CO₂矿化初步测试，证实全细胞生物催化剂可有效捕获CO₂沉积CaCO₃。该工作以“Surface Display of Carbonic Anhydrase on Escherichia coli for CO₂ Capture and Mineralization”为题发表于Synthetic and Systems Biotechnology期刊上。

该工作以E. coli BL21(DE3) 作为宿主细胞，以冰核蛋白（ice nuclear protein，INP）N端结构（INPN）为锚定基序，使用不同的融合方式和载体构建来自Helicobacter pylori 26695的α-碳酸酐酶（HPCA）和来自Sulfurihydrogenibium azorense的α-碳酸酐酶（SazCA）的CA表面展示系统。通过比较全细胞酶活性，HPCA通过柔性接头（flexible linker）和中间重复序列与INPN融合的表面展示系统显示出更高的全细胞酶活性，而SazCA表达系统的酶活性显著于HPCA表达系统。带有信号肽PelB的pET22b载体更适合SazCA的细胞表面展示。SDS-PAGE、蛋白质印迹和免疫荧光显微镜的分析结果证实了SazCA可以成功地展示在大肠杆菌表面。

研究发现，在0.4 mM IPTG、0.5 mM Zn²⁺和25℃下诱导24 h，SazCA表面展示催化剂E-22b-I_RLS的全细胞酶活性为11.43 U·mL^-1OD₆₀₀^-1。与游离SazCA相比，E-22b-I_RLS具有更高的热稳定性和pH稳定性，SazCA的长期稳定性也通过表面展示得到了显著提高。当全细胞生物催化剂和游离酶用于CO₂矿化时，E-22b-I_RLS催化的CaCO₃沉积量（241 mg）与游离SazCA相当，明显高于胞内表达催化剂E-22b-S（173 mg）。总的来说，通过基因工程在细胞表面展示SazCA，避免了细胞膜屏障，提高了全细胞催化剂的酶活性，在CO₂捕获和矿化方面具有广阔的应用前景。

文章信息

Surface display of carbonic anhydrase on Escherichia coli for CO₂ capture and mineralization

Yinzhuang Zhu，Yaru Liu，Mingmei Ai，Xiaoqiang Jia

扫码免费阅读

期刊简介

本刊由华东理工大学张立新教授担任主编，邓子新院士担任创刊主编，清华大学陈国强教授和丹麦技术大学Tilmann Weber担任副主编，除此之外，还有一支高度国际化的编委团队。

主编：张立新教授

华东理工大学

Synthetic and Systems Biotechnology 是高质量国际开放获取期刊，创刊于2016年。该期刊覆盖合成生物学、系统生物学以及生物医药等领域的各个方面。

• 本刊现已被SCIE、EMBASE、PubMed Central、Scopus等数据库收录。

• 2021年获得第一个影响因子：4.781，Q1区

• 2020CiteScore: 8.4，学科领域排名14/113。

• 位于2021年中科院分区表2区
  

• 本刊入选2019年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目。

• 本刊是中国生物工程学会合成生物学专业委员会的会刊。

• 本刊是生物反应器工程国家重点实验室的官方期刊。

近期文章推荐阅读

KeAi

科爱出版

植根中国，影响全球！

KeAi 由科学出版社和Elsevier共同投资成立，出版了超百种英文学术期刊，囊括了自然科学、地球科学、材料、工程、医学、生命科学、社会科学等学科。

关注KeAi，时刻了解期刊动态！