点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:人工合成淀粉,技术造物新突破
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

人工合成淀粉,技术造物新突破

来源:人民日报2024-08-06 09:26

  当今世界面临气候变化、粮食安全、能源资源短缺等挑战,如何把二氧化碳转化成对人类有意义且有市场价值的物质?人工合成淀粉项目便是其中一个尝试。中国科学院天津工业生物技术研究所于2018年实现项目突破,之后不断进行技术迭代升级。如今,人工淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍,并可根据需要实现不同类型淀粉的定向可控合成。

  魂牵梦绕的蓝色,出现了!

  天津空港经济区,中国科学院天津工业生物技术研究所(以下简称“天津工业生物所”)内,研发人员乔婧正在重复每日的实验流程。当一滴滴碘液被加入试管,乔婧不由得愣住了:试剂变成了期待已久的颜色,“蓝色虽然很淡,但这说明淀粉出现了!”回忆2018年的情景,乔婧依然激动。

  同样激动的还有天津工业生物所人工合成淀粉项目经理蔡韬。他一度不敢确信,从会议室一路奔回实验室,设计了重复实验。第二天,“淀粉蓝”如期出现,“太好了!”蔡韬悬着的心放了下来,笑容洋溢在脸上,身后的同事跟着鼓掌欢呼。

  2021年,人工合成淀粉团队在国际刊物《科学》杂志上发表了结合人工光合反应和生物酶催化反应构筑了从水和二氧化碳合成淀粉的新体系。“这是一项里程碑式的突破,将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响。”审稿专家如此评价。

  人工合成淀粉项目的由来,源于一次高铁上的思考。“当今世界面临气候变化、粮食安全、能源资源短缺等挑战,如何把二氧化碳转化成对人类有意义且有市场价值的物质?”在出差回天津的高铁上,这个念头突然出现在天津工业生物所时任所长马延和的脑海中。经过所里认真研判,人工合成淀粉项目在2015年正式提出。

  接到攻关任务邀请时,蔡韬既兴奋又担忧,人工合成淀粉,理论上来说可以实现,但此前没有成功案例,“我们想挑战一下别人没做成的事”。

  在自然界,玉米、小麦、土豆等农作物通过光合作用将太阳光能、二氧化碳和水转化成淀粉。但这个自然过程需要大量的土地和淡水资源,且受天气影响很大。

  能不能模拟自然界淀粉的合成过程,通过技术手段实现人工合成淀粉?

  “我们最初的思路是利用可再生能源分解水产生电子或氢,然后利用电子或氢将二氧化碳还原为甲酸、甲醇等简单化合物,进一步通过酶催化简单化合物聚合生成淀粉。”蔡韬说,人工合成淀粉,是一场寻找“捷径”的实验。

  在农作物中,淀粉的合成大约需要60步代谢反应。如果要进行工业化生产,就必须简化步骤。蔡韬和团队与所内擅长生物设计的团队合作,从6568个生化反应中进行系统挖掘和筛选,分别从甲酸或甲醇出发,设计了最短的人工淀粉合成路径。理论上,二氧化碳仅通过9个主反应就能合成淀粉。“步数越少,问题就越少。”蔡韬说。

  实验一做就是3年,光是实验记录就摞了半人高,团队成员的心情也跟着实验过程不断起伏。

  问题出在哪里了?“就像河水断流,要找出是上游堵塞还是河道分叉,弄清症结才能解决问题。”蔡韬说,实验最突出的问题是“酶”。淀粉合成过程中多数反应都需要酶,自然界中的反应路径通过长期自然选择进化而成,各个酶都能够适配协作,但人工设计的反应路径却不同。

  “同一个酶往往能催化多个反应,可能会带来副作用;有时会出现多个酶竞争一个底物,还有的酶会产生多种产物。”为调和酶之间的“矛盾”,蔡韬找到所里专门研究酶的团队,一起对酶进行定向改造或人工设计新酶,来满足淀粉合成人工路径对酶的需要。

  讨论、实验、推翻、再讨论、再实验……团队尝试利用甲醇中“氢燃烧”产生的能量驱动产生甲醛的反应,解决反应中的热力学与动力学不匹配的问题,9个主反应也相应被拓展到11个。

  科学的积累是漫长的,但突破有时只是一个瞬间。2018年7月24日上午,蔡韬收到团队成员的一张图片。打开后,蔡韬看到了那一抹梦寐以求的“蓝”。

  “现在来看,那只是人工合成淀粉1.0版本。”蔡韬说,这几年团队完成了人工合成淀粉技术的迭代升级,不断提高淀粉合成产量,把淀粉的生产强度较1.0版本提高了136倍,人工淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍,并可根据需要实现不同类型淀粉的定向可控合成。

  在蔡韬看来,科研的最大成功是能够落地应用,帮助增进社会福祉,“接下来,我们将加快让科研成果从实验室走向产业化应用的速度,让技术造物绘就科技惠民新图景。”蔡韬说。(龚相娟

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 2026首届上海商业航天大会暨展览会开幕

  • 安徽五河:纺织服装产业转型升级助力县域经济发展

独家策划

推荐阅读
多牵头国际大科学计划  牵头组织实施国际大科学计划,是中国推动世界科技创新、应对全球共同挑战的重要路径,也是深度参与全球科技创新治理、加快建设科技强国的战略举措。
2026-03-13 10:03
12日,十四届全国人大四次会议表决通过了《中华人民共和国生态环境法典》。非洲“绿色长城”毛里塔尼亚国家署官员艾莎·穆罕默德·布哈里·娜迪称赞说,生态环境法典体现了中国系统性应对生态和气候问题的“长期坚定承诺”。
2026-03-13 10:02
谈及国际深海矿产开发局势,孙黎表示,当前全球深海采矿虽处于试验阶段,但各国布局势头迅猛,竞争日趋激烈。潘越建议,司法应该向社会积极传递“损害必偿、犯罪必究”的清晰信号,为海洋经济高质量发展清淤护航。
2026-03-13 10:12
当春风拂过河套平原,“沉睡”一冬的黄河“醒了”。
2026-03-13 10:08
3月12日,十四届全国人大四次会议表决通过《中华人民共和国生态环境法典》。根据代表意见,法典中增加了关于鼓励和引导使用再生水、推进生活节水的规定,并对未经批准擅自取用地下水的违法行为提高罚款上限。
2026-03-13 10:04
助力人与自然和谐共生  “十五五”时期,推进长江经济带发展、黄河流域生态保护和高质量发展,是一项重要工作。
2026-03-13 10:03
光明日报北京3月12日电 记者张晓华12日从国家航天局获悉,天问三号火星取样返回任务通过前期的技术攻关和深化论证,相关关键技术均取得突破性成果,工程主线正在开展初样研制,计划今年转入正样研制阶段,各项工作进展顺利。
2026-03-13 10:02
电子的单向开关,奠定了现代信息社会的基石。“在单原子层厚的石墨烯上,刻出一个大小精确、形状不对称的孔,无异于在头发丝上雕巨型画作。
2026-03-13 10:01
“十五五”时期,香港要主动参与国家战略布局,将自身的国际化优势、专业服务优势与国家的发展需求精准对接,为实现更高水平的开放合作贡献香港力量。在科研方面,香港科研基础扎实,有实力承担国家重大科研任务;香港科学家对参与国家科技计划、推动国家科技创新怀有很高的热情和积极性。
2026-03-12 10:30
心脑血管疾病已成为威胁我国人民生命健康的“头号杀手”。与此同时,心脑血管疾病发病及致残、致死呈现出明显的年轻化趋势,疾病负担持续加重,对我国推进健康中国建设、实现全民健康目标构成了挑战。
2026-03-12 10:30
对此,应该充分发掘当地的生态价值和文化价值,探索因地制宜的保护路径,保留浓郁“农味”与“地方味”,让古老农耕智慧、生态智慧在当代生活中延续生机、展现活力。这样不仅有助于实现农文旅融合发展,还能给我们的子孙后代保留良好的生态环境和生态景观,接续传承好丰厚灿烂的生态文化。
2026-03-12 10:30
今年政府工作报告提出,深化拓展“人工智能+”,促进新一代智能终端和智能体加快推广,推动重点行业领域人工智能商业化规模化应用,培育智能原生新业态新模式。张壮代表说,在竞逐人工智能创新的赛道上,柳州加速布局。
2026-03-12 10:30
记者詹媛11日从中国科技馆了解到,我国的科普大篷车项目自2000年启动实施以来,以“科普轻骑兵”的方式活跃在祖国大江南北,将前沿科技动态、趣味互动展品、优质科教资源送到基层公众身边。
2026-03-12 10:30
“龙虾”智能体通过整合调用通信软件和大语言模型,在用户本地电脑自主执行文件管理、邮件收发、数据处理等复杂任务。”魏亮说,有关方面也会持续做好安全监测,如发现相关安全风险将及时预警,为用户安全使用提供必要的技术支持。
2026-03-11 09:36
作为人类的“第二大脑”,AI for Science正在全球范围内引发科研范式的深刻变革,也成为全国两会期间代表委员关注的话题。3月7日,在全国政协十四届四次会议第二次全体会议上,全国政协委员、中国科学院院士周志华发言建议,以人工智能引领科研范式变革。
2026-03-11 09:36
全国政协委员、中国科学院院士、南京大学副校长周志华在接受光明网记者采访。
2026-03-11 07:00
以医工交叉+成果转化为抓手,凭借硬核科创成果精准攻坚,同时高标准建设国家药监局监管科学创新基地,为产业发展提供标准与工具支撑。
2026-03-11 09:33
作者:余有成 张立华 吴 飞(分别系中国人工智能学会副秘书长;复旦大学智能机器人研究院常务副院长、特聘教授;我国的独特优势,在于探索出一条“软件定义算力、算法驱动效能、人工智能+赋能场景”的创新路径。
2026-03-11 09:32
具体而言,在种植与流通环节,中药农业面临良种普及率不高、生产种植分散、标准化程度偏低等现实问题。可制定国家统筹的野生资源抚育与替代技术攻关清单,利用大数据监测价格与供给波动,增强产业链供应链韧性。
2026-03-11 09:31
光明日报北京3月10日电 记者张晓华从中国航天科技集团获悉,目前中国探月工程四期正稳步推进,2026年将研制发射嫦娥七号探测器,首次奔赴月球南极,寻找水冰存在的证据。中国航天科技集团五院研究员孙泽洲表示,在行星探测方面,未来我国还将发射天问三号和天问四号。
2026-03-11 09:30
加载更多