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　　□克莉斯汀

　　9月24日發(fā)表于國際頂尖雜志《科學(xué)》上的一篇論文稱，中國科學(xué)院的科學(xué)家首次在實驗室里實現(xiàn)了人工合成淀粉。中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所的研究人員只是用一種我們身邊很常見的氣體二氧化碳，在不依賴植物光合作用的前提下，直接人工合成出了淀粉。

　　這種模擬自然作物光合作用，重新設(shè)計生命合成代謝過程，設(shè)計人工生物系統(tǒng)，不依賴植物種植進行淀粉制造的全新嘗試，潛藏著驚人的變革前景。

　　簡化過程，優(yōu)化結(jié)果

　　淀粉是小麥、玉米、大米等谷物糧食中最主要的成分，它是一種高分子碳水化合物，也是重要的工業(yè)原料。目前，人類主要通過農(nóng)業(yè)種植來獲得這種多碳化合物。自然界中，玉米等農(nóng)作物中淀粉的合成與積累是個復(fù)雜的過程。

　　科學(xué)家們關(guān)于人工合成淀粉的想法由來已久——如果能用它替代一部分糧食淀粉，不管是作為工業(yè)原料還是飼料，那也是對緩解農(nóng)業(yè)壓力的巨大貢獻。

　　但人工合成淀粉的路，怎樣才能走得又快又好？研究人員表示，就是要簡化轉(zhuǎn)化過程，優(yōu)化轉(zhuǎn)化成果。

　　這次將二氧化碳為原料人工合成淀粉的成功嘗試，就是一個從C1（一碳化合物）到Cn（多碳化合物）的轉(zhuǎn)化過程。研究人員充分發(fā)揮化學(xué)催化速度快與生物催化可合成復(fù)雜化合物的優(yōu)勢，設(shè)計了一條全新路徑，重新構(gòu)建了從二氧化碳轉(zhuǎn)化成淀粉的途徑，讓原本需要60多個步驟的自然轉(zhuǎn)化過程，簡化為只有11步反應(yīng)的人工途徑——其中仍是有以光合作用原理基礎(chǔ)的代謝反應(yīng)以及復(fù)雜的生理調(diào)控過程。然后他們再進行模塊優(yōu)化組合，最終在解決了熱力學(xué)不匹配、動力學(xué)陷阱等問題后，實現(xiàn)了人工淀粉的實驗室合成。

　　該途徑也包含了來自動物、植物、微生物等31不同物種的62個生物酶催化劑。但因為科研人員采用蛋白質(zhì)工程改造手段，令整個轉(zhuǎn)化途徑中的生物酶催化劑的用量減少了近一半（44%），淀粉的產(chǎn)率卻提高了13倍。

　　這就像是一場魔術(shù)，但它卻真實發(fā)生了。

　　批量生產(chǎn)成可能

　　可以說，該人工系統(tǒng)就是將植物淀粉合成的復(fù)雜過程充分簡化。以玉米這種植物為例來對比，這種人工合成淀粉的合成速率達到了玉米淀粉合成速率的8.5倍。也就是說，按照目前的這個技術(shù)參數(shù)，1立方米大小的生物反應(yīng)器，年產(chǎn)淀粉量將相當(dāng)于5畝土地玉米種植的淀粉產(chǎn)量。

　　這一成果使淀粉生產(chǎn)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式向工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能。

　　工業(yè)車間制造淀粉這一模式一旦成功，與農(nóng)業(yè)種植相比，將有機會節(jié)省超過90%的土地和淡水資源，而且可以消除化肥和農(nóng)藥對環(huán)境的負面影響。這對提高人類糧食安全水平，促進碳中和的生物經(jīng)濟發(fā)展都具有十分重大的意義，對未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是糧食生產(chǎn)將具有革命性的影響，而且對全球生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有里程碑式的意義。

　　不過，目前來看，這一研究雖然取得了突破性進展，真正要實現(xiàn)以二氧化碳為原料工業(yè)制造淀粉，依然任重而道遠。但未來可期。