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 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 亚洲金融科技博览会在香港举行 探讨合作新机遇

  • 国庆期间海南离岛免税市场销售火热

独家策划

推荐阅读
近年来,我国持续强化危险化学品应急救援队伍建设。目前,全国已建成580支、4.1万余人的危险化学品应急救援队伍,国家层面建成45支国家级危险化学品应急救援队伍,基本实现重点化工区域、重大风险点位应急救援力量全覆盖,应急快速响应、就近高效处置能力不断提升。
2026-10-10 07:09
看着货架上让人眼花缭乱的食品,你会怎么挑?相信不少人都会第一时间翻看配料表。事实上,配料表的长短可不是“安全标尺”,并不和食品品质挂钩;同样,食品添加剂的种类繁多,也并不意味着有害和超标——
2026-10-10 07:06
记者邓晖从清华大学获悉,该校物理系丁世谦团队近日利用自主研制的148纳米连续波真空紫外激光,以及与合作团队共同研制的掺钍-229氟化钙晶体,实现钍-229核跃迁吸收光谱测量,并将激光频率稳定锁定至核跃迁,实现核光钟运行。
2026-10-09 10:02
获嘉县艳阳天农业服务专业合作社理事长徐方子站在试验田的地头,轻点手机屏幕,电动阀应声开启,水肥顺着滴灌管线精准送达每一株玉米根部。从“会种地”到“慧种地”,从中原粮仓到国人餐桌,河南把创新嵌进农业家底里,让老把式用上新技术,让泥土地长出新生意。
2026-10-09 10:03
国家卫生健康委、国家发展改革委近日印发《医疗康复护理扩容提升工程实施方案》。根据方案,“十五五”期间,原则上支持每个省份建设至少1个康复或护理临床重点专科,省级、设区的市级临床重点专科建设向康复、护理专业倾斜。
2026-10-09 10:05
题:新就业形态劳动者权益保障新规回应哪些关切 随着依托互联网平台就业的新就业形态劳动者数量持续增长,新就业形态劳动者权益保障办法将着力保障该群体合法权益,推动新就业形态健康发展。
2026-10-09 10:07
作为区域性的综合农业服务枢纽,现代农事综合服务中心可以统筹农技、农资、农机、加工、物流、销售等服务能力。“十五五”期间,数字乡村、智慧农业既要持续加强技术研发,也要更加重视通过完善的服务体系把数字化、智能化能力送到田间地头。
2026-10-09 10:11
9月24日,江苏苏州太仓市沙溪镇虹桥村连片稻田里,晚稻正值灌浆关键期,预计10月下旬即可开镰秋收。自此,太仓全市366台粮食烘干设备实现清洁热源100%全覆盖,秋粮归仓的“最后一公里”即将全程用上绿能。
2026-10-09 10:14
你知道吗,复杂的电路系统也可以“纺”进柔软的纤维里,编织机器人电子皮肤成为可能。
2026-10-08 09:26
全球河流每年向海洋输送多少微塑料?答案是约26万吨。河流是陆源微塑料进入海洋的重要通道之一,但全球河流一年到底输送了多少微塑料,这些污染又集中在什么时候入海,一直缺少可靠估算。
2026-10-08 09:18
水稻的生长发育涉及不同类型细胞的协同作用。
2026-10-08 09:17
一粒黄豆,如何酿成一瓶“智慧”酱油?一把原丝,怎样织就全球棉纺织行业首座“灯塔工厂”?一颗玉米,又如何扛起粮食安全的分量?
2026-10-08 09:16
在分子的镜像世界里,生命体系的某些关键分子,为何偏爱其中一种模样?
2026-10-08 08:30
根据国家气候中心监测,9月以来赤道中东太平洋海温持续增暖,为有监测记录以来候和旬尺度海温指数首次突破3摄氏度,海温指数峰值预计出现在11月前后,形成一次有监测记录以来最强的超强厄尔尼诺事件。
2026-09-30 09:45
这里,冬季寒冷漫长,寒凉气候、偏少降水、无霜期短的自然条件,难以形成规模化的城市聚落。对于传统农牧业,年均气温低、无霜期短意味着作物生长期受限;而对数据中心来说,这也是天然冷源。
2026-09-30 09:44
9月29日,中国科学院在京召开新闻发布会,正式发布“科学前沿极限突破计划”及其首批项目,向“极宏观、极微观、极端条件和极综合交叉”方向发起冲击。
2026-09-30 09:38
中国科普研究所经过深入调查研究,形成《全国科普事业发展报告(2026)》,全面展示我国科普事业持续发展壮大所取得的成就。
2026-09-30 09:32
现代科技发展史反复印证着一个道理:许多新技术的突破,归根结底都依赖材料的新发展。
2026-09-30 09:33
世界知识产权组织29日公布的2026年《全球创新指数》中,香港在全球139个经济体中排名再升一位至第14位,并在亚洲保持第五位。
2026-09-30 09:30
科学家绘制出了人体前额叶皮层脑区的已知最大规模基因表达图谱。这些研究进一步阐释了前额叶皮层脑区在生命不同阶段的发育情况,有望用于研究衰老、认知衰退和疾病易感性。在第二篇发表于《自然》论文中,西奈山伊坎医学院的Donghoon Lee和同事报道了一个与脑疾病相关的基因表达变化图谱。
2026-09-29 09:39
加载更多