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,真實地發(fā)生在實驗室里。我國科學家首次實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成,相關(guān)成果北京時間24日由國際知名學術(shù)期刊《科學》在線發(fā)表。
淀粉是糧食最主要的成分,通常由農(nóng)作物通過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余步生化反應以及復雜的生理調(diào)控。人工合成淀粉是科技領(lǐng)域一個重大課題。此前,多國科學家積極探索,但一直未取得實質(zhì)性重要突破。
中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員馬延和帶領(lǐng)團隊,采用一種類似“搭積木”的方式,從頭設(shè)計、構(gòu)建了11步反應的非自然固碳與淀粉合成途徑,在實驗室中首次實現(xiàn)從二氧化碳到淀粉分子的全合成。核磁共振等檢測發(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。
實驗室初步測試顯示,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器年產(chǎn)淀粉量相當于我國5畝玉米地的年產(chǎn)淀粉量。
馬延和介紹,此次研究設(shè)計、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程,跨越了自然途徑數(shù)億年的進化。這一突破,為淀粉的車間生產(chǎn)打開一扇窗口,并為二氧化碳原料合成復雜分子開辟了新的技術(shù)路線。
對于此次成果,德國科學院院士曼弗雷德?雷茲、美國工程院院士延斯⋅尼爾森等國際知名專家均給予高度評價,認為這一重大突破將該領(lǐng)域研究向前推進了一大步。
中科院副院長周琪說,成果目前尚處于實驗室階段,離實際應用還有距離,后續(xù)需盡快實現(xiàn)從“0到1”概念突破到“1到10”的轉(zhuǎn)換。
據(jù)了解,經(jīng)科技部批準,天津工業(yè)生物所正在牽頭建設(shè)國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心??蒲袌F隊的下一步目標,一方面是繼續(xù)攻克淀粉合成人工生物系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)控等底層科學難題,另一方面要推動成果走向產(chǎn)業(yè)應用,未來讓人工合成淀粉的經(jīng)濟可行性接近農(nóng)業(yè)種植。
責任編輯:趙睿
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