二氧化碳的无节制排放，给人类带来了许多紧迫的社会和经济挑战。应对这一全球现状，迫切需要通往碳负制造商品的新途径。虽然自然界已经进化出数种代谢CO₂的方法，但其效率无法跟上大气中CO₂浓度的快速增长速度。

受此启发，美国斯坦福大学（Stanford University）与西北大学（Northwestern University）的合成生物学家合作，创造了一种全新的人工代谢途径，能够将废弃的CO₂转化为有用的生物构建单元。研究结果已发表于《自然·化学工程》杂志。

研究的共同领导者、西北大学麦考密克工程学院化学与生物工程系助理教授Ashty Karim指出，受自然启发，我们寻求使用生物酶将来自CO₂的甲酸盐转化为更有价值的材料，但由于自然界中不存在能完成此功能的酶组，我们决定自行设计。

在这项新研究中，团队设计了一个生物系统，可以将甲酸盐（一种易于从大气CO₂制得的简单液体分子）转化为乙酰辅酶A（一种所有活细胞使用的通用代谢物）。作为概念验证，研究人员用同一系统将乙酰辅酶A转化为苹果酸，这是一种用于食品、化妆品和可生物降解塑料的高价值化学品。

与自然代谢途径不同，新系统完全是人工合成的，并在活细胞外运行。工程师们利用经过特殊改造的酶构建了该系统，这些酶执行的代谢反应在自然界中前所未见。该系统被命名为“还原性甲酸盐途径”（ReForm）。

研究的资深作者、斯坦福大学生物工程学教授Michael Jewett表示，我们迫切需要有成本效益、环境可持续且节能高效的方法，来处理大气中过量的CO₂。我们着手为碳和能源高效的未来提供变革性的新方向，并通过创建ReForm途径实现了这一目标。

随着研究人员寻求解决方案以应对气候变暖，将捕获的CO₂升级再造为有价值的化学品成为一个关键方向。由于甲酸盐易于用电和水制造，它被视为一个有前景的起点。

然而，活细胞难以高效利用甲酸盐，仅有少数稀有微生物能自然消化它，且难以改造用于大规模生产。Karim教授指出，在自然界中，没有东西能将甲酸盐转化为乙酰辅酶A。因此，研究人员从理论路径设计开始，需要自然界中不存在的功能酶。

在构建代谢途径之前，研究团队需要能够执行这些非自然反应的酶。为了快速筛选，团队转向了无细胞合成生物学技术。这种方法将细胞的分子机器（酶、辅因子等）提取出来置于试管中，使科学家能在活生物体之外安全、快速且低成本地进行反应。利用该平台，团队快速筛选了66种酶及超过3000种酶变体，效率远高于传统的活细胞筛选方法。

通过这一过程，研究人员最终改造了五种不同的酶。完整的ReForm途径包含六个反应步骤，成功将甲酸盐转化为乙酰辅酶A。整个系统在细胞外运行，使团队能精确控制酶浓度、辅因子和反应条件，这在活生物体内几乎无法实现。

在建立系统后，团队不仅用ReForm将乙酰辅酶A转化为苹果酸，还证明了该系统能接受其他碳基原料，如甲醛和甲醇。Jewett教授强调，这是首个展示能够利用多种碳源的合成代谢途径架构。通过结合电化学与合成生物学，ReForm途径拓展了通用化CO₂固定策略的可能解决方案。

这项工作标志着合成生物学和碳回收领域的重大进展，为开发可持续、碳中和的燃料和材料打开了大门。

展望未来，研究团队对进一步优化该途径并探索其他设计充满希望，通过结合多种生物与非生物技术，寻找新的解决方案。这项突破使规模化碳负制造的新方法成为可能，为回收CO₂而非排放CO₂的可持续化学品生产开辟了道路。

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将CO₂转化为有价值产品的愿景，正是驱动生物工程领域将基础科学转化为实际应用的核心动力之一。它不满足于仅仅理解生命系统，更致力于以工程学的严谨与创造性对其进行设计和再造，以应对包括气候变化在内的时代最紧迫的挑战。

自1891年斯坦福大学创立伊始，工程学便是其教育与研究项目的核心。大学最初15位教职员工中有5位是工程学教授，而在最初的559名学生中，有141名注册学习工程学。

工程学院School of Engineering成立于1925年，近一个世纪以来始终处于创新前沿，开创了诸多关键性技术，深刻改变了信息技术、通信、医疗保健、能源、商业等领域。在过去的数十年间，斯坦福的工程师们推动了无数技术创新，培育了加利福尼亚州科技产业的发展，并协助创立了成千上万家公司。

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生物工程硕士MS in Bioengineering专注培养希望提升该领域专业知识、并在生物技术、工程、医学，以及医疗保健领域追求卓越职业生涯的学生。

学生将获得一位初始的学术导师，协助其设计学习计划，以构建一个聚焦于特定生物工程重点领域的连贯学位课程。

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生物工程硕士要求完成45个学分的课程，可在约一至两年内完成。课程体系包括生物工程核心课程、技术选修课、核心研讨会和自由选修课。

核心课程侧重于定量生物学和生物系统分析，经批准的技术选修课由学生与学术导师协商选择，可选自数学、统计学、工程学、物理科学、生命科学、医学，以及其他学科领域的研究生课程。研讨会重点介绍生物工程领域的新兴研究，并提供研究伦理培训。自由选修课可由学生与导师协商后自由选择。

生物工程硕士课程包含：

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（1）申请截止时间：12月1日。

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（3）标化考试要求：IELTS总分最低要求7.0分；TOEFL-iBT总分最低要求90分。无需提交GRE。

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