中研院重大突破 院長廖俊智團隊發現增加生物固碳新法

中央研究院今（5）日宣布，中央研究院院長廖俊智團隊及蔡明道院士團隊，發現一種增加海中藍綠菌光合作用的新方法，使藍綠菌吸收二氧化碳（稱為固碳）的速率增加約60%，為自然界的碳平衡研究開啟新契機。此研究成果已於今年6月發表在國際期刊《自然代謝》(Nature Metabolism)。

中研院指出，自然界的碳平衡主要由陸地及海洋生物的光合作用、呼吸，及分解作用所達成，然而自工業革命以來，人類使用化石燃料每年排出約360億公噸二氧化碳，嚴重破壞了自然界的碳平衡。

中研院說明，植物及藍綠菌控制固碳作用的機制雖已廣被探究，但在藍綠菌中卻有一種酵素「磷酸乙酮酶」(phosphoketolase)，其生理功能仍是未解之謎。團隊首先發現，此生物分子是藍綠菌固碳循環中的煞車裝置之一，在快速變化的光影環境中，能隨著細胞內能量（ATP）高低，在幾秒內以代謝調控方式阻斷固碳反應，避免對細胞做無益的固碳反應，減少能量消耗。

研究團隊進一步發現，若將此煞車分子移除，藍綠菌的固碳速率，竟可增加60%。

廖俊智解釋，「對藍綠菌而言，或許是無謂固碳，對細胞本身運作循環影響不大，但對整個地球而言，卻是可幫助碳平衡的契機。」團隊還意外發現，藍綠菌可將增加的二氧化碳吸收量轉化成蔗糖並排出胞外，這項發現將來可做為發展快速生產蔗糖技術的基礎。

為了解此作用機制，團隊以冷凍電子顯微鏡分解煞車分子的結構，並找出其如何以胞內能量（ATP）調控其煞車力道的機制。因煞車是藉著ATP從酵素解離，可以在幾十毫秒發生。蔡明道表示，「原本以為此分子是利用已知的ATP結合位點進行調控，沒想到竟然發現一個全新的結合方式，此新結合域在自然界多種生物中存在，可見其重要性。」

廖俊智指出，此項成果為目標導向與好奇導向研究的相互激盪，也縮短了基礎研究與實際應用的距離，更為解決碳平衡問題提供新契機。

本論文共同第一作者為本院生物化學研究所呂冠箴博士後研究員，及張瓊文博士後研究員，研究經費由本院支持。