近日，中国科学院沈阳应用生态研究所研究员李伟明等人提出了一种“辅因子与氧化还原协同工程”新策略，通过外源添加烟酸（NA）和纳米零价铁（nZVI），成功突破了生物燃料生产中的瓶颈。相关成果发表在International Journal of Hydrogen Energy上。
在全球寻求化石燃料替代品的背景下，利用海藻等海洋生物质生产生物乙醇和生物氢等可再生能源已成为重要方向。生物乙醇和生物氢的生产过程是分开的，而利用产乙醇菌发酵褐藻协同生产氢气和乙醇是一种极具潜力的新兴技术。然而，该过程的效率受到细胞内电子载体数量和电子供给能力的双重限制，现有的基因工程或环境调控策略往往会增加菌株的代谢负担或工业化成本，成为该技术走向应用的主要瓶颈。
本研究中，研究人员发现烟酸作为合成辅因子NAD+的前体，能够扩大细胞内的总NAD池，增加电子载体的“容量”，而纳米零价铁作为外部电子供体，则能提供额外的电子“供给”。当两者协同作用时，发酵褐藻水解液的生物能源转化效率达到了33.57%，相较于对照组提升了84.65%。研究进一步揭示，该策略的效果具有底物依赖性，在电子产出较少的葡萄糖发酵中效果更为显著，这阐明了协同策略的核心优势在于同时解决了“电子载体容量”和“电子供给”两个不同层面的限制因素。
这项研究首次证实了通过协同调控辅因子库和氧化还原状态来克服代谢瓶颈的可行性，为从海洋生物质中高效回收生物能源提供了经济且有效的新途径。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.150575
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