我國(guó)實(shí)現(xiàn)從二氧化碳到糖的精準(zhǔn)全合成

靳博　李家鼎

記者從中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所了解到：日前，該所科學(xué)家成功構(gòu)建了靈活性、高效性和多功能性的人工生物系統(tǒng)，首次實(shí)現(xiàn)了多種己糖從頭精準(zhǔn)合成，為擺脫自然合成途徑、利用二氧化碳創(chuàng)造多樣的糖世界提供了可能。8月16日晚間，研究成果在權(quán)威刊物《科學(xué)通報(bào)》發(fā)表。

糖是人類生命活動(dòng)及日常生活中的重要物質(zhì)，也是當(dāng)今工業(yè)生物制造的關(guān)鍵原材料。己糖是在自然界廣泛分布、與機(jī)體營(yíng)養(yǎng)代謝最為密切的糖的統(tǒng)稱。傳統(tǒng)提取糖的方式為“二氧化碳—生物質(zhì)資源—糖”，這種方式受制于植物光合作用的能量轉(zhuǎn)換效率，也面臨著土地退化和短缺、生物系統(tǒng)退化、全球氣候變暖的極端天氣和自然災(zāi)害的威脅挑戰(zhàn)。

本次技術(shù)攻關(guān)歷時(shí)兩年多完成，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所與中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所合作，設(shè)計(jì)了化學(xué)—酶耦聯(lián)的非天然轉(zhuǎn)化途徑，工程化設(shè)計(jì)改造酶蛋白分子的催化特性，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)控制合成不同結(jié)構(gòu)與功能的己糖。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，生成糖的反應(yīng)時(shí)間約為17小時(shí)，每升每小時(shí)合成糖的重量為0.67克，是目前人工制糖路線中碳轉(zhuǎn)化效率的最高水平。

“我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)從頭開(kāi)始合成糖的新路徑，解決了糖的合成不可控難題。”中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所所長(zhǎng)馬延和介紹，二氧化碳生物轉(zhuǎn)化利用，是中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所長(zhǎng)期堅(jiān)持的科研方向。本次研究成果是在二氧化碳合成淀粉基礎(chǔ)上的一個(gè)重大突破，顛覆了依賴糖生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化制備復(fù)雜糖分子的范式，提供了一種靈活的、可拓展的糖制造模式。未來(lái)，所獲得糖可作為原料應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，還可作為工業(yè)生物制造關(guān)鍵原材料合成其他化學(xué)品，進(jìn)一步滿足人類的其他物質(zhì)需求，從而為負(fù)碳物質(zhì)合成提供原料供給。但目前，距離工業(yè)化生產(chǎn)還有很長(zhǎng)的路要走，仍需要解決相關(guān)科學(xué)與工程技術(shù)問(wèn)題。

德國(guó)科學(xué)院院士曼弗雷德·雷茨就相關(guān)成果給出評(píng)價(jià)稱，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物非常具有挑戰(zhàn)，成果在這一競(jìng)爭(zhēng)性研究領(lǐng)域提供了一種靈活性、多功能性和高效性糖合成路線，為綠色化學(xué)打開(kāi)了一扇門(mén)。

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