乙醇是生產規模最大、應用程度最高的可再生生物液體燃料?，F階段，生物乙醇的主要來源是采用含糖量豐富的農業生物質為原料的生物煉制過程，以“玉米乙醇”最具代表性，然而其“與糧爭地、與人爭糧”的原料供應模式引發了極大的社會爭議；以木質纖維素等農業、林業廢棄物為原料的纖維素乙醇合成技術緩解了“糧食乙醇”在原料供應上的不足，但是纖維素原料的預處理及酶解糖化過程需要消耗大量能量、水和纖維素酶，從而極大地拉高了生產成本。與生物煉制過程相比，通過光合微生物平臺將二氧化碳和太陽能直接轉化為乙醇的技術路線（CO₂ To Ethanol, CTE）減少了原材料預處理、底物提煉過程的損耗，也節省了對淡水和用地的需求，在經濟性與可持續性上表現出更大的潛力與優勢。

　　 青島能源所微生物代謝工程團隊在藍細菌光合生物合成乙醇技術方面取得了系列研究進展。該團隊以重要的模式藍細菌集胞藻PCC6803（Synechocystis sp. PCC6803）為底盤藻株，將來自運動發酵單胞菌的Pdc_ZM-AdhII_ZM（丙酮酸脫羧酶-II型醇脫氫酶）途徑導入PCC6803，打通了乙醇光合合成路線，實現了工程藻株中乙醇的合成與分泌；針對藍細菌生理和代謝背景特性分析，使用來自集胞藻PCC6803自身的NADPH依賴型的II型醇脫氫酶基因slr1192替換AdhII_ZM后，成功的優化了乙醇合成途徑與底盤藻株的適配性，使乙醇產量提高了50%；在此基礎上結合競爭性途徑敲除和代謝途徑拷貝數強化等策略，最終獲得了具有較強乙醇光合合成能力的工程藻株Syn-HZ24，在柱式反應器中經過28天培養后，乙醇產量達到5.5g/L，合成速率0.2g/L/day，處于國際領先水平。上述結果奠定了該團隊在藍細菌乙醇方向上的研究基礎，已經發表于能源類頂級期刊Energy & Environmental Science（Gao, et al, 2012, 5:9857–9865）。

　　 為了進一步提升藍細菌工程藻株乙醇光合合成的潛力，該團隊采用體外重構和動態分析的策略對新發展的Pdc_ZM-slr1192途徑的催化特性進行了深入挖掘。首先脫離復雜的胞內環境在胞外重新構建該途徑，以純化后的酶（Pdc_ZM/slr1192）、底物（丙酮酸，Pyruvate）、輔因子（NADPH/NADH/TPP）、金屬離子（Mg²⁺）以及中間產物（乙醛，acetaldehyde）對整個途徑的催化效率影響分別進行定量的滴定分析，結果發現影響乙醇合成的限制因素是Pdc_ZM而非slr1192；在總蛋白濃度設置恒定的條件下，Pdc_ZM-slr1192的濃度比為4:6時，全途徑具有最大的乙醇合成催化活性。為了驗證Cell free條件下獲得的結果，研究人員在集胞藻PCC6803中構建了Pdc_ZM-slr1192濃度配比不同的工程菌株，通過代謝工程結合酶活與蛋白含量分析實驗，證實了現有工程藻株中Pdc_ZM的表達量和活性是乙醇合成能力的首要限制因素。此外，體外重構體系中的滴定數據結合藍細菌胞內代謝物的實際含量分析還顯示，提高NADPH和丙酮酸的供應量也應該是提高乙醇合成效率的重要選擇。上述結果明確了藍細菌乙醇光合工程藻株進一步改造的方向，已經發表在生物能源領域重要期刊Biotechnology for Biofuels（Luan, et al, 2015, 8:184）。