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登上Science!我國(guó)科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)從二氧化碳到淀粉分子的全合成

來(lái)源:新華社      2021-09-24
導(dǎo)讀:以二氧化碳為原料,不依賴植物光合作用,直接人工合成淀粉——看似科幻的一幕,真實(shí)地發(fā)生在實(shí)驗(yàn)室里。我國(guó)科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成,相關(guān)成果北京時(shí)間24日由國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表。

新華社北京9月24日電(記者董瑞豐、王井懷)以二氧化碳為原料,不依賴植物光合作用,直接人工合成淀粉——看似科幻的一幕,真實(shí)地發(fā)生在實(shí)驗(yàn)室里。我國(guó)科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成,相關(guān)成果北京時(shí)間24日由國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表。

  9月23日拍攝的新聞發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)。新華社記者 金立旺 攝

  淀粉是糧食最主要的成分,通常由農(nóng)作物通過(guò)自然光合作用固定二氧化碳生產(chǎn)。自然界的淀粉合成與積累,涉及60余步生化反應(yīng)以及復(fù)雜的生理調(diào)控。人工合成淀粉是科技領(lǐng)域一個(gè)重大課題。此前,多國(guó)科學(xué)家積極探索,但一直未取得實(shí)質(zhì)性重要突破。

  9月23日,中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所馬延和研究員在發(fā)布會(huì)上向媒體介紹研究成果。新華社記者 金立旺 攝

  中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員馬延和帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì),采用一種類似“搭積木”的方式,從頭設(shè)計(jì)、構(gòu)建了11步反應(yīng)的非自然固碳與淀粉合成途徑,在實(shí)驗(yàn)室中首次實(shí)現(xiàn)從二氧化碳到淀粉分子的全合成。核磁共振等檢測(cè)發(fā)現(xiàn),人工合成淀粉分子與天然淀粉分子的結(jié)構(gòu)組成一致。

  9月23日,中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所馬延和研究員在發(fā)布會(huì)上向媒體介紹研究成果。新華社記者 金立旺 攝

  實(shí)驗(yàn)室初步測(cè)試顯示,人工合成淀粉的效率約為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)淀粉的8.5倍。在充足能量供給的條件下,按照目前技術(shù)參數(shù),理論上1立方米大小的生物反應(yīng)器年產(chǎn)淀粉量相當(dāng)于我國(guó)5畝玉米地的年產(chǎn)淀粉量。

  馬延和介紹,此次研究設(shè)計(jì)、組裝出一種自然界不存在的合成代謝途徑,并使其工作效率大幅高于自然生物過(guò)程,跨越了自然途徑數(shù)億年的進(jìn)化。這一突破,為淀粉的車間生產(chǎn)打開(kāi)一扇窗口,并為二氧化碳原料合成復(fù)雜分子開(kāi)辟了新的技術(shù)路線。

  科研團(tuán)隊(duì)喬婧科研助理、蔡韜副研究員、馬延和研究員、朱蕾蕾研究員、孫紅兵科研助理(從左至右)在中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所實(shí)驗(yàn)室合影(9月16日攝)。新華社記者 金立旺 攝

  對(duì)于此次成果,德國(guó)科學(xué)院院士曼弗雷德?雷茲、美國(guó)工程院院士延斯?尼爾森等國(guó)際知名專家均給予高度評(píng)價(jià),認(rèn)為這一重大突破將該領(lǐng)域研究向前推進(jìn)了一大步。

  在中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所實(shí)驗(yàn)室,科研人員展示人工合成淀粉樣品(9月16日攝)。新華社記者 金立旺 攝

  中科院副院長(zhǎng)周琪說(shuō),成果目前尚處于實(shí)驗(yàn)室階段,離實(shí)際應(yīng)用還有距離,后續(xù)需盡快實(shí)現(xiàn)從“0到1”概念突破到“1到10”的轉(zhuǎn)換。

  中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所蔡韜副研究員在實(shí)驗(yàn)室展示人工合成淀粉樣品(9月16日攝)。新華社記者 金立旺 攝

  據(jù)了解,經(jīng)科技部批準(zhǔn),天津工業(yè)生物所正在牽頭建設(shè)國(guó)家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心??蒲袌F(tuán)隊(duì)的下一步目標(biāo),一方面是繼續(xù)攻克淀粉合成人工生物系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)控等底層科學(xué)難題,另一方面要推動(dòng)成果走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用,未來(lái)讓人工合成淀粉的經(jīng)濟(jì)可行性接近農(nóng)業(yè)種植。

  在中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所實(shí)驗(yàn)室,孫紅兵科研助理在整理實(shí)驗(yàn)日記(9月16日攝)。新華社記者 金立旺 攝


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