我室太阳能研究部李灿院士、王旺银副研究员等在人工光合成-生物制造接力合成L-乳酸研究方面取得新进展，通过人工光合成交叉合成生物学，利用二羟基丙酮（DHA）作为中间体，实现了利用太阳能等可再生能源从二氧化碳和水合成光学纯L-乳酸。
L-乳酸是聚乳酸（PLA）的单体，PLA是一种生物可降解的高分子材料，市场需求很大且不断增长，直接推动了单体L-乳酸的需求量大幅提升。目前，L-乳酸的工业生产主要依赖于粮食作原料的微生物发酵，存在与人争粮的问题，影响粮食安全，并不是一种可持续的发展方式，尤其对我国的粮食安全造成潜在危险。因此，开发以二氧化碳和水为基本原料的人工光合成路径合成手性L-乳酸，对助力实现“双碳”目标和保障粮食安全具有重要意义。
李灿团队长期致力于人工光合成相关研究，提出并实现了“液态阳光”技术，利用太阳能等可再生能源分解水反应制备绿氢（H2），进而通过CO2加氢合成液态阳光甲醇（Sci. Adv.，2017；ACS Catal.，2022）。以液态阳光为基础，通过人工光合成与合成生物学的接力，实现绿色生物制造。
本工作中，团队通过化学催化与生物细胞催化接力策略，首先以液态阳光甲醇为基础，经光、热催化制备DHA；然后，通过细胞催化将其转化为光学纯L-乳酸。研究发现，工程毕赤酵母细胞催化DHA转化合成L-乳酸，转化率高达99%，补料分批发酵时L-乳酸产量可达100 g/L以上，相比催化转化葡萄糖（粮食来源）合成L-乳酸具有显著优势。该接力催化体系的太阳能利用效率约达15%以上，为构建高效转化二氧化碳和水合成各种高端化学品，特别是粮食类生物大分子物质等提供了由CO2出发的合成路径。
相关研究成果以“Chemo-biological synthesis of l-lactic acid from solar methanol”为题，于近日发表在《人工光合成》（Artificial Photosynthesis）上，并被选为封面文章（Cover）。该工作的第一作者是503组博士研究生张亚静。上述工作获得国家自然科学基金委“人工光合成”基础科学中心项目、国家重点研发计划、中国科学院C类先导专项“人工合成淀粉关键技术与应用”等项目的资助支持。（文/图 王旺银）
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/aps.5c00008
