“我们利用新型固态电解质反应装置，使用固态电解质代替原本的电解质盐溶液，直接得到了无需进一步分离的纯乙酸水溶液。”夏川介绍，利用该装置，能超140小时连续制备纯度达97%的乙酸水溶液。

把乙酸“喂”给酿酒酵母，生成葡萄糖和脂肪酸

得到乙酸后，科研人员开始尝试利用酿酒酵母这一微生物来合成葡萄糖。

“酿酒酵母主要用于奶酪、馒头、酒等食品的发酵，同时也常被用作微生物制造与细胞生物学研究的模式生物。”于涛说，利用酿酒酵母通过乙酸来合成葡萄糖的过程，就像是微生物在“吃醋”。酿酒酵母通过不断地“吃醋”来合成葡萄糖。

然而，在这个过程中，酿酒酵母本身也会代谢掉一部分葡萄糖，所以产量并不高。为了解决这一问题，科研团队通过敲除酿酒酵母中代谢葡萄糖的3个关键酶元件，废除了酿酒酵母代谢葡萄糖的能力。敲除之后，实验中的工程酵母菌株在摇瓶发酵的条件下，合成的葡萄糖产量达到1.7g/L（克/升）。

“利用模式生物酿酒酵母‘从无到有’的在克级水平合成葡萄糖，这代表了该方式较高的生产水平与发展潜力。”于涛说，为了进一步提升合成的葡萄糖产量，不仅要废除酿酒酵母代谢葡萄糖的能力，还要加强它本身积累葡萄糖的能力。

于是，科研人员又敲除了两个疑似具备代谢葡萄糖能力的酶元件，同时插入来自泛菌属和大肠杆菌的葡萄糖磷酸酶元件。

于涛表示，这两种酶可以将酵母体内其他通路中的磷酸分子转化为葡萄糖，加强了酵母菌积累葡萄糖的能力。经过改造后的工程酵母菌株的葡萄糖产量达到2.2g/L，产量提高了30%。

在利用乙酸制备脂肪酸的过程中，研究人员通过类似的基因编辑技术，强化了酵母细胞生成脂肪酸的能力。经过改造后的酵母菌株对脂肪酸的产量达到448.5mg/L（毫克/升）。

新型催化方式，有助于高效制备高附加值化学品

中国科学院院士、上海交通大学微生物代谢国家重点实验室主任邓子新认为，这项研究工作开辟了电化学结合活细胞催化制备葡萄糖等粮食产物的新策略，为进一步发展基于电力驱动的新型农业与生物制造业提供了新范例，是二氧化碳利用方面的重要方向。

近年来，随着新能源发电的迅速崛起，二氧化碳电还原技术已经具备与依赖化石能源的传统化工工艺竞争的潜力。因此，研究关于二氧化碳电还原制备高附加值化学品及燃料的高效工艺，被学界认为是实现零碳排放的重要研究方向之一。

目前，如何高效、可持续地将二氧化碳转化为富含能量的长链分子仍是巨大挑战。

夏川说：“为了规避二氧化碳电还原的产物局限性，可考虑将二氧化碳电还原过程与生物过程相耦合，以电催化产物作为电子载体，供微生物后续发酵合成长碳链的化学产品，进而用于生产和生活。”