「本文來源：羊城晚報」

□克莉斯汀

9月24日發表於國際頂尖雜誌《科學》上的一篇論文稱，中國科學院的科學家首次在實驗室裡實現了人工合成澱粉。中國科學院天津工業生物技術研究所的研究人員只是用一種我們身邊很常見的氣體二氧化碳，在不依賴植物光合作用的前提下，直接人工合成出了澱粉。

這種模擬自然作物光合作用，重新設計生命合成代謝過程，設計人工生物系統，不依賴植物種植進行澱粉製造的全新嘗試，潛藏著驚人的變革前景。

簡化過程，最佳化結果

澱粉是小麥、玉米、大米等穀物糧食中最主要的成分，它是一種高分子碳水化合物，也是重要的工業原料。目前，人類主要透過農業種植來獲得這種多碳化合物。自然界中，玉米等農作物中澱粉的合成與積累是個複雜的過程。

科學家們關於人工合成澱粉的想法由來已久——如果能用它替代一部分糧食澱粉，不管是作為工業原料還是飼料，那也是對緩解農業壓力的巨大貢獻。

但人工合成澱粉的路，怎樣才能走得又快又好？研究人員表示，就是要簡化轉化過程，最佳化轉化成果。

這次將二氧化碳為原料人工合成澱粉的成功嘗試，就是一個從C1（一碳化合物）到Cn（多碳化合物）的轉化過程。研究人員充分發揮化學催化速度快與生物催化可合成複雜化合物的優勢，設計了一條全新路徑，重新構建了從二氧化碳轉化成澱粉的途徑，讓原本需要60多個步驟的自然轉化過程，簡化為只有11步反應的人工途徑——其中仍是有以光合作用原理基礎的代謝反應以及複雜的生理調控過程。然後他們再進行模組最佳化組合，最終在解決了熱力學不匹配、動力學陷阱等問題後，實現了人工澱粉的實驗室合成。

該途徑也包含了來自動物、植物、微生物等31不同物種的62個生物酶催化劑。但因為科研人員採用蛋白質工程改造手段，令整個轉化途徑中的生物酶催化劑的用量減少了近一半（44%），澱粉的產率卻提高了13倍。

這就像是一場魔術，但它卻真實發生了。

批次生產成可能

可以說，該人工系統就是將植物澱粉合成的複雜過程充分簡化。以玉米這種植物為例來對比，這種人工合成澱粉的合成速率達到了玉米澱粉合成速率的8。5倍。也就是說，按照目前的這個技術引數，1立方米大小的生物反應器，年產澱粉量將相當於5畝土地玉米種植的澱粉產量。

這一成果使澱粉生產的傳統農業種植模式向工業車間生產模式轉變成為可能。

工業車間製造澱粉這一模式一旦成功，與農業種植相比，將有機會節省超過90%的土地和淡水資源，而且可以消除化肥和農藥對環境的負面影響。這對提高人類糧食安全水平，促進碳中和的生物經濟發展都具有十分重大的意義，對未來的農業生產特別是糧食生產將具有革命性的影響，而且對全球生物製造產業的發展具有里程碑式的意義。

不過，目前來看，這一研究雖然取得了突破性進展，真正要實現以二氧化碳為原料工業製造澱粉，依然任重而道遠。但未來可期。