中国首发，原创性突破！我国科学家实现从二氧化碳到淀粉的合成，为国际首次
视频来源：北辛观察
满足碳水需求必须靠种地吗？二氧化碳和氢气在一起会发生怎样的反应？
9月23日，中国科学院召开本年度首场新闻发布会，介绍该院天津工业生物技术研究所在人工合成淀粉方面取得的重要进展。该所研究人员提出了一种颠覆性的淀粉制备方法，不依赖植物光合作用，以二氧化碳、电解产生的氢气为原料，成功生产出淀粉，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成，使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能，取得原创性突破。相关研究成果9月24日在线发表于《科学》杂志。
淀粉是“粥饭”中最主要的碳水化合物，是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分，也是重要的工业原料。中国科学院天津工业生物技术研究所在人工合成淀粉方面取得的重大突破性进展，国际上首次在实验室实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。据介绍，这一成果使淀粉生产的传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能，被国内外专家评价为“典型的0到1原创性突破”。
目前，淀粉主要由绿色植物通过光合作用固定二氧化碳进行合成。在玉米等农作物中，将二氧化碳转变为淀粉涉及60余步的代谢反应和复杂的生理调控，太阳能的理论利用效率不超过2%。农作物的种植通常需要数月的周期，使用大量的土地、淡水、肥料等资源。
“长期以来，科研人员一直在努力改进光合作用这一生命过程，希望提高二氧化碳的转化速率和光能的利用效率，最终提升淀粉的生产效率。”论文通讯作者、中科院天津工业生物技术研究所所长马延和直言。
那么，除了光合作用外，还有没有效率更高的二氧化碳生产淀粉的方式？
为解决这一难题，中科院天津工业生物技术研究所研究人员从头设计了11步主反应的非自然二氧化碳固定与人工合成淀粉新途径，在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉分子的全合成。
【方案设计】
研究团队采用了一种类似“搭积木”的方式，利用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成碳一（C1）化合物，然后通过设计构建碳一聚合新酶，依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三（C3）化合物，最后通过生物途径优化 ，将碳三化合物又聚合成碳六（C6）化合物，再进一步合成直链和支链淀粉（Cn化合物）。
图 1. 人造淀粉合成代谢途径的设计和模块化组装
通过使用这三种工程酶（fls-M3、fbp-AGR和agp-M3），研究团队构建了ASAP 2.0，它在10小时内从20 mM甲醇中产生了约230 mgl -1直链淀粉。与ASAP 1.0相比， ASAP 2.0的淀粉生产率提高了7.6倍。
图 2. ASAP中瓶颈问题的解决
图 3. 通过ASAP从CO2合成淀粉
该成果为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造打开了一扇窗，如果未来该系统过程成本能够降低到与农业种植相比具有经济可行性，将会节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平，促进碳中和的生物经济发展，推动形成可持续的生物基社会。
这一成果得到国内外专家的高度评价，认为该工作“不仅对未来的农业生产、特别是粮食生产具有革命性的影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义”。
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