Microbial CO2 fixation into lactic acid (LA) is an important approach for low-carbon biomanufacturing. Engineering microbes to utilize CO2 and sugar as co-substrates can create efficient pathways through input of moderate reducing power to drive CO2 fixation into product. However, to achieve complete conservation of organic carbon, how to engineer the CO2-fixing modules compatible with native central metabolism and merge the processes for improving bioproduction of LA is a big challenge. In this study, we designed and constructed a solar formic acid/pentose (SFAP) pathway in Escherichia coli, which enabled CO2 fixation merging into sugar catabolism to produce LA. In the SFAP pathway, adequate reducing equivalents from formate oxidation drive glucose metabolism shifting from glycolysis to the pentose phosphate pathway. The Rubisco-based CO2 fixation and sequential reduction of C3 intermediates are conducted to produce LA stoichiometrically. CO2 fixation theoretically can bring a 20% increase of LA production compared with sole glucose feedstock. This SFAP pathway in the integration of photoelectrochemical cell and an engineered Escherichia coli opens an efficient way for fixing CO2 into value-added bioproducts.

中文翻译：

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在大肠杆菌中设计太阳能甲酸/戊糖 （SFAP） 途径以生产乳酸


微生物将 CO2 固定到乳酸 （LA） 中是低碳生物制造的重要方法。利用 CO2 和糖作为共底物的工程微生物可以通过输入适度的还原能力来创造有效的途径，以驱动 CO2 固定到产品中。然而，为了实现有机碳的完全保存，如何设计与天然中枢代谢兼容的 CO2 固定模块并合并改善 LA 生物生产的过程是一个巨大的挑战。在这项研究中，我们在大肠杆菌中设计并构建了一条太阳能甲酸/戊糖 （SFAP） 通路，使 CO2 固定合并到糖分解代谢中以产生 LA。在 SFAP 途径中，甲酸盐氧化产生的足够还原当量驱动葡萄糖代谢从糖酵解转移到磷酸戊糖途径。进行基于 Rubisco 的 CO 2 固定和 C3 中间体的连续还原以化学计量产生 LA。与单一葡萄糖原料相比，CO2 固定理论上可以使 LA 产量增加 20%。这种 SFAP 途径将光电化学电池和工程化大肠杆菌整合在一起，为将 CO2 固定成增值生物制品开辟了一条有效的途径。