在纳米纤维素基质中固定化使蓝藻蛋白质组资源从生长转向生物生产

固态光合细胞工厂将溶解态碳和大气碳转化为化学品和生物质，为可持续生产具有工业应用价值的化合物提供了一个平台。然而，固定化如何影响细胞生理过程，使其更有利于生物合成而非生长，尚不清楚。在本研究中，我们通过渗透脱水制备了由纤维素纳米纤维（CNF）和集胞藻属 PCC 6803（Synechocystis sp. PCC 6803）构成的光合生物杂化体。渗透脱水使蓝藻菌落呈各向异性分布，并在培养过程中提供了优异的光分布。在一株经工程改造、能够分泌蔗糖的集胞藻菌株中，定量蛋白质组学显示，固定化下调了核糖体蛋白的表达，同时上调了蔗糖合成和碳浓缩机制相关蛋白，以及反映胁迫状态的一系列蛋白，包括增强的光系统II修复、光保护和活性氧（ROS）解毒相关蛋白。这些变化与受限蛋白质组资源从生长转向产物合成的重新分配相一致。该原理或可扩展至蔗糖以外化合物的光合生产。

固态光合细胞工厂能够将溶解态碳和大气碳转化为化学品和生物质，为可持续生产具有工业应用价值的化合物提供了平台。然而，固定化如何影响细胞生理，从而使代谢活动倾向于生物合成而非生长，尚不清楚。在本研究中，我们通过渗透脱水制备了由纤维素纳米纤维（CNF）和集胞藻属（Synechocystis sp.）PCC 6803构成的光合生物杂化体。渗透脱水使蓝细菌菌落呈各向异性分布，并在培养过程中提供了优异的光分布。在一株经工程改造的分泌蔗糖的集胞藻菌株中，定量蛋白质组学显示，固定化下调了核糖体蛋白，同时上调了蔗糖合成与碳浓缩相关机制，以及一系列胁迫响应特征，包括增强的光系统II修复、光保护和活性氧（ROS）解毒。这些变化与受限蛋白质组资源从生长转向产物合成的重新分配相一致。该原理或可拓展至蔗糖以外化合物的光合生产。

作者声明不存在利益冲突。

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关键词：蓝藻固定化 · 纳米纤维素基质 · 定量蛋白质组学 · 蔗糖生物合成 · 光合细胞工厂

原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.04.729836v1?rss=1