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Engineering Photosynthetic Bioprocesses for Sustainable Chemical Production: A Review
Frontiers in Bioengineering and Biotechnology ( IF 5.7 ) Pub Date : 2021-01-08 , DOI: 10.3389/fbioe.2020.610723 Sheida Stephens , Radhakrishnan Mahadevan , D. Grant Allen
Frontiers in Bioengineering and Biotechnology ( IF 5.7 ) Pub Date : 2021-01-08 , DOI: 10.3389/fbioe.2020.610723 Sheida Stephens , Radhakrishnan Mahadevan , D. Grant Allen
Microbial production of chemicals using renewable feedstocks such as glucose has emerged as a green alternative to conventional chemical production processes that rely primarily on petroleum-based feedstocks. The carbon footprint of such processes can further be reduced by using engineered cells that harness solar energy to consume feedstocks traditionally considered to be wastes as their carbon sources. Photosynthetic bacteria utilize sophisticated photosystems to capture the energy from photons to generate reduction potential with such rapidity and abundance that cells often cannot use it fast enough and much of it is lost as heat and light. Engineering photosynthetic organisms could enable us to take advantage of this energy surplus by redirecting it toward the synthesis of commercially important products such as biofuels, bioplastics, commodity chemicals, and terpenoids. In this work, we review photosynthetic pathways in aerobic and anaerobic bacteria to better understand how these organisms have naturally evolved to harness solar energy. We also discuss more recent attempts at engineering both the photosystems and downstream reactions that transfer reducing power to improve target chemical production. Further, we discuss different methods for the optimization of photosynthetic bioprocess including the immobilization of cells and the optimization of light delivery. We anticipate this review will serve as an important resource for future efforts to engineer and harness photosynthetic bacteria for chemical production.
中文翻译:
可持续化学生产的工程光合生物过程:综述
使用可再生原料(如葡萄糖)微生物生产化学品已成为主要依赖石油原料的传统化学品生产工艺的绿色替代品。通过使用利用太阳能来消耗传统上被认为是废物作为碳源的原料的工程电池,可以进一步减少此类过程的碳足迹。光合细菌利用复杂的光系统从光子中捕获能量,以如此快速和丰富的速度产生还原电位,以至于细胞通常不能足够快地使用它,并且大部分以热和光的形式流失。工程光合生物可以使我们利用这种能量过剩,将其重新定向到商业上重要的产品的合成,如生物燃料、生物塑料、商品化学品和萜类化合物。在这项工作中,我们回顾了好氧和厌氧细菌的光合作用途径,以更好地了解这些生物是如何自然进化来利用太阳能的。我们还讨论了最近对光系统和下游反应进行工程设计的尝试,这些反应转移还原能力以提高目标化学品的产量。此外,我们讨论了优化光合生物过程的不同方法,包括细胞固定和光传输优化。我们预计这篇综述将成为未来设计和利用光合细菌进行化学生产的重要资源。我们回顾了好氧和厌氧细菌的光合作用途径,以更好地了解这些生物是如何自然进化来利用太阳能的。我们还讨论了最近对光系统和下游反应进行工程设计的尝试,这些反应转移还原能力以提高目标化学品的产量。此外,我们讨论了优化光合生物过程的不同方法,包括细胞固定和光传输优化。我们预计这篇综述将成为未来设计和利用光合细菌进行化学生产的重要资源。我们回顾了好氧和厌氧细菌的光合作用途径,以更好地了解这些生物是如何自然进化来利用太阳能的。我们还讨论了最近对光系统和下游反应进行工程设计的尝试,这些反应转移还原能力以提高目标化学品的产量。此外,我们讨论了优化光合生物过程的不同方法,包括细胞固定和光传输优化。我们预计这篇综述将成为未来设计和利用光合细菌进行化学生产的重要资源。我们讨论了优化光合生物过程的不同方法,包括细胞固定和光传输优化。我们预计这篇综述将成为未来设计和利用光合细菌进行化学生产的重要资源。我们讨论了优化光合生物过程的不同方法,包括细胞固定和光传输优化。我们预计这篇综述将成为未来设计和利用光合细菌进行化学生产的重要资源。
更新日期:2021-01-08
中文翻译:
可持续化学生产的工程光合生物过程:综述
使用可再生原料(如葡萄糖)微生物生产化学品已成为主要依赖石油原料的传统化学品生产工艺的绿色替代品。通过使用利用太阳能来消耗传统上被认为是废物作为碳源的原料的工程电池,可以进一步减少此类过程的碳足迹。光合细菌利用复杂的光系统从光子中捕获能量,以如此快速和丰富的速度产生还原电位,以至于细胞通常不能足够快地使用它,并且大部分以热和光的形式流失。工程光合生物可以使我们利用这种能量过剩,将其重新定向到商业上重要的产品的合成,如生物燃料、生物塑料、商品化学品和萜类化合物。在这项工作中,我们回顾了好氧和厌氧细菌的光合作用途径,以更好地了解这些生物是如何自然进化来利用太阳能的。我们还讨论了最近对光系统和下游反应进行工程设计的尝试,这些反应转移还原能力以提高目标化学品的产量。此外,我们讨论了优化光合生物过程的不同方法,包括细胞固定和光传输优化。我们预计这篇综述将成为未来设计和利用光合细菌进行化学生产的重要资源。我们回顾了好氧和厌氧细菌的光合作用途径,以更好地了解这些生物是如何自然进化来利用太阳能的。我们还讨论了最近对光系统和下游反应进行工程设计的尝试,这些反应转移还原能力以提高目标化学品的产量。此外,我们讨论了优化光合生物过程的不同方法,包括细胞固定和光传输优化。我们预计这篇综述将成为未来设计和利用光合细菌进行化学生产的重要资源。我们回顾了好氧和厌氧细菌的光合作用途径,以更好地了解这些生物是如何自然进化来利用太阳能的。我们还讨论了最近对光系统和下游反应进行工程设计的尝试,这些反应转移还原能力以提高目标化学品的产量。此外,我们讨论了优化光合生物过程的不同方法,包括细胞固定和光传输优化。我们预计这篇综述将成为未来设计和利用光合细菌进行化学生产的重要资源。我们讨论了优化光合生物过程的不同方法,包括细胞固定和光传输优化。我们预计这篇综述将成为未来设计和利用光合细菌进行化学生产的重要资源。我们讨论了优化光合生物过程的不同方法,包括细胞固定和光传输优化。我们预计这篇综述将成为未来设计和利用光合细菌进行化学生产的重要资源。