9月24日凌晨，《科學》雜志刊發(fā)了中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所（以下簡稱中科院天津工業(yè)生物所）在淀粉人工合成方面取得的重大突破性進展。該研究在國際上首次實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成。
淀粉是糧食最主要的成分，同時也是重要的工業(yè)原料。中科院副院長、中科院院士周琪表示，當今世界正面臨全球氣候變化、糧食安全、能源資源短缺、生態(tài)環(huán)境污染等一系列重大挑戰(zhàn)，科技創(chuàng)新已成為重塑世界格局、創(chuàng)造人類美好未來的關(guān)鍵因素。二氧化碳轉(zhuǎn)化利用與糧食淀粉工業(yè)合成，正是應(yīng)對挑戰(zhàn)的重大科技問題之一。
論文通訊作者、中科院天津工業(yè)生物所所長、研究員馬延和介紹，中科院天津工業(yè)生物所從頭設(shè)計了11步主反應(yīng)的非自然二氧化碳固定與淀粉合成新途徑，在實驗室中首次實現(xiàn)了從二氧化碳到淀粉分子的全合成。研究團隊采用了一種類似“搭積木”的方式，聯(lián)合中科院大連化學物理研究所，利用化學催化劑將高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一化合物，然后通過設(shè)計構(gòu)建碳一聚合新酶，依據(jù)化學聚糖反應(yīng)原理將碳一化合物聚合成碳三化合物，最后通過生物途徑優(yōu)化，將碳三化合物又聚合成碳六化合物，再進一步合成直鏈和支鏈淀粉。這一人工途徑的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，向設(shè)計自然、超越自然目標的實現(xiàn)邁進了一大步，為創(chuàng)建新功能的生物系統(tǒng)提供了新的科學基礎(chǔ)。
論文第一作者、中科院天津工業(yè)生物所副研究員蔡韜介紹，如果未來該系統(tǒng)過程成本能夠降低到與農(nóng)業(yè)種植相比具有經(jīng)濟可行性，將會節(jié)約90%以上的耕地和淡水資源，避免農(nóng)藥、化肥等對環(huán)境的負面影響，提高人類糧食安全水平，促進碳中和的生物經(jīng)濟發(fā)展，推動形成可持續(xù)的生物基社會。
國內(nèi)外領(lǐng)域?qū)＜以u價認為該成果是“典型的0到1原創(chuàng)性突破”，是“擴展并提升人工光合作用能力前沿研究領(lǐng)域的重大突破，是一項具有‘頂天立地’重大意義的科研成果”，“不僅對未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、特別是糧食生產(chǎn)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”，“將在下一代生物制造和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中帶來變革性影響”。
該研究工作獲得了中科院重點部署項目、天津市合成生物技術(shù)創(chuàng)新能力提升行動等項目前瞻性的資助和支持，是國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心的重點研究方向。
論文第一作者、中科院天津工業(yè)生物所副研究員蔡韜向記者展示實驗室里人工合成的淀粉（倪思潔攝）
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DOI：10.1126/science.abh4049
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