利用农作物秸秆高效生物合成人造淀粉和单细胞蛋白 | Science Bulletin

随着全球人口的不断增加，解决粮食安全问题对农业和自然资源（如淡水、土地、化肥和能源）提出了前所未有的挑战。我们亟需不断拓宽新的粮食来源以应对可能的粮食危机。生物质是自然界中最丰富的可再生生物资源，分布广泛，年产量是全球粮食总产量的75倍。将生物质中的纤维素转化为人造淀粉提供了一种生物合成人造粮食的新途径， 但使该转化过程变的经济可行仍面临艰巨的技术挑战。

中国科学院天津工业生物技术研究所联合中国农业科学院生物技术研究所，在Science Bulletin发表研究论文，开发了一种利用现有且丰富的农业废弃物（玉米秸秆）高效合成人造淀粉和微生物蛋白的新技术。

该研究利用没有辅酶的体外多酶分子机器和酿酒酵母进行一锅法生物转化，将预处理玉米秸秆中的纤维素进行酶水解合成人造淀粉，同时在有氧条件下发酵生产微生物蛋白。研究开发了低成本去除商业化纤维素酶中的β-葡萄糖苷酶的技术，并通过酿酒酵母细胞表面展示骨架蛋白用于固定淀粉磷酸化酶和纤维二糖磷酸化酶，构成一个多酶分子机器与酵母的复合体系，从而实现稀酸预处理秸秆的高效纤维素水解；利用纤维素水解中间产物的底物穿梭效应（从纤维素到微生物）快速消除葡萄糖对纤维素酶的产物抑制，相较于富含商业β-葡萄糖苷酶的纤维素酶混合物表现出更好的纤维素水解速率。

利用木质纤维素生物合成人造淀粉和单细胞蛋白途径示意图

该研究将人造淀粉的生产成本降低了一百多万倍，整个生物合成过程无需外加能量，为满足人造粮食生物合成的经济性要求提供了可能。另外，可同步低成本生产食品或饲料用微生物蛋白，为人类应对粮食危机，实现农业可持续发展提供了新思路和新方法。

中国科学院天津工业生物技术研究所张以恒研究员、马延和研究员和中国农业科学院生物技术研究所张伟研究员为论文共同通讯作者，中国农业科学院生物技术研究所徐欣欣副研究员为论文第一作者。

文章信息

Xu X, Zhang W, You C. et al. Biosynthesis of artificial starch and microbial protein from agricultural residue. Science Bulletin, 2023, 68(2): 214-223

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