哈尔滨工业大学化工与化学学院教授、城市水资源与水环境国家重点实验室成员韩晓军团队在人造细胞研究领域取得重要进展，相关成果近日以《人造光合细胞内利用光合细胞器实现光驱动碳固定》为题发表在国际著名期刊《德国应用化学》上。此项成果加深了人们对细胞工作机制的认识和理解，为今后构建具有复杂代谢功能的人造细胞拓展了新视角、新思路，同时也为后续生命科学领域中存在的一系列问题提供了重要的解决方案。

光合作用是地球上生命活动的基础，通过将光能转化为化学能、把无机物转化为有机物，进而为生物提供能量和物质。人造光合细胞的研究致力于模拟这一过程，以期实现高效的光能利用和碳固定。通过自下而上的方式将腺苷三磷酸（ATP）合酶与光敏质子泵重组到磷脂囊泡上，利用光照产生质子梯度差，推动ATP合酶旋转产生ATP。然而，自下而上重组光合细胞器的光合效率较低，所产生的ATP不足以推动后续复杂反应。因此，如何显著提升光合细胞器的能量供应效率，亟待需要本领域专家攻关和“破题”。

在国家自然科学基金、黑龙江省自然科学基金的资助下，韩晓军教授带领团队成员张祥祥、李书彬、李超、王玮琛等人模拟了叶绿体的工作机制，构建了人造光合细胞，实现了光控固碳。他们首先从菠菜中纯化ATP合酶和光系统Ⅱ并重组到磷脂囊泡膜上，制备出光合细胞器，并引入藻蓝蛋白，增强光收集能力，增加光能利用效率和ATP的产量。团队为模拟叶绿体固碳阶段功能，将异柠檬酸脱氢酶、乌头酸酶和ATP柠檬酸裂解酶构筑成“级联关系”，探索出了一条碳固定途径，之后再通过一系列手段构建出人造光合细胞。在光照下，人造光合细胞成功将α-酮戊二酸转化为乙酰辅酶A和草酰乙酸，光反应能量供应模块与碳固定酶级联模块的耦合达到了光控固碳的目的，真实模拟了叶绿体功能。

研究团队认为，通过高效光能转化和ATP生产，今后有望开发出基于光合作用的自供能药物，帮助调控细胞内能量的代谢失衡，为糖尿病、线粒体病等代谢性疾病探索一条治疗新路径，例如通过精准调控细胞内的ATP水平来修复代谢通路。不仅如此，人造光合细胞还能定向生产药物前体或酶等特定生物分子，奠定个性化药物开发和高效生物制造的平台，降低药物生产成本并提升可及性。

专家评价指出，上述研究成果不仅为生命科学的基础理论注入了新内涵，也为解码能源、医疗、环境等领域的待解难题铸造了一把“金钥匙”，未来有望通过持续的技术迭代与跨界合作，逐步加快临床转化与产业升级。