病毒壳体自组装纳米容器实现光合系统高效光电转换：捷克/国际团队构建模块化生物杂化纳米反应器平台

B910化工消息：6月26日消息（论文6月25日arXiv上线），光驱动生物杂化器件（photoelectrochemical biohybrid devices）被视为一种环境友好的化学品合成替代路径——它利用光合系统的光驱动电荷分离，并将电子高效传递至定制的氧化还原酶级联。然而，体外重组体系中电子传递效率不足一直是核心瓶颈。由David Kaftan、David Bina、J. Thomas Beatty、Heiko Lokstein、Jakub Psencik、Roman Tuma等11位研究者组成的捷克与国际团队在arXiv（编号2606.27238）发表研究，提出了一种通过空间限域提升电子传递效率的模块化分子工具箱策略。

团队的核心做法是：将紫色非硫光合细菌Cereibacter sphaeroides的光合反应中心系统与电子传递蛋白细胞色素c（cytochrome c），共价偶联到噬菌体P22（bacteriophage P22）的支架蛋白上，随后在体外自组装进直径约50nm的病毒壳体内。P22噬菌体的衣壳天然具有多孔结构——这一多孔壳体既能将大分子组件（光合系统+细胞色素c）“限域”在有限空间内以缩短电子跳跃距离、提升传递效率，又允许小分子电子介质自由进出完成电荷交换。研究通过光谱学手段证实，封装组件之间的光驱动电子传递得到加速且可持续。

该工作的科学意义在于：它证明了“自组装病毒纳米容器+光合系统+氧化还原蛋白”的组合可以作为一个通用、可编程的模块化平台。传统体外光合重组面临的难点在于，光合反应中心与下游氧化还原酶在尺寸、电荷、取向上的随机分布使电子隧穿距离难以控制；而P22壳体的内部腔体（约25-30nm有效空间）提供了一种近天然密度的微观反应器，使组件以定义间距排列。这一思路与合成生物学中“空间组织（spatial organization）调控代谢通量”的设计哲学一致，但将其下沉到了单分子电子传递层面。

从应用前景看，该平台瞄准的是光驱动生物杂化纳米反应器的构建——即用光能驱动酶级联，将CO2或简单底物转化为高价值化学品（如绿色燃料、手性药物中间体），而无需传统高温高压化工过程。这与当前“人工光合作用”赛道的多条技术路线形成呼应：例如，将半导体纳米线与产氢酶、固氮酶偶联的体系，或基于金属有机框架（MOF）的光催化体系。病毒壳体路线的差异化优势在于其生物相容性、自组装的可重复性，以及天然蛋白组件的进化成熟度。需说明的是，本研究仍属体外概念验证，尚未实现与完整酶级联的耦合及规模化产化学品验证；团队明确指出，该自组装系统为“结合光合系统与复杂氧化还原通路的纳米反应器开发”提供了通用平台，下一步工作预计将引入更多下游催化模块以验证化学品合成的可行性。 （来源：arXiv）