明敏 發(fā)自 凹非寺
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真不是科幻電影，不用經(jīng)過(guò)任何細(xì)胞，能實(shí)現(xiàn)“二氧化碳制糖”了。

就在最近，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所提出一項(xiàng)新技術(shù)，首次通過(guò)構(gòu)建體外轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，打通了“CO?→甲醇→蔗糖”這一合成路徑。

這事兒馬上引發(fā)全網(wǎng)圍觀，央視已火速報(bào)道。

人類通常獲取蔗糖的途徑，就是種地——種甘蔗、甜菜，因?yàn)橹挥型ㄟ^(guò)植物的光合作用、依靠葉綠體才能合成葡萄糖。

這個(gè)過(guò)程有多麻煩不必多說(shuō)，效率也低，需要適宜的土地氣候，還要等作物長(zhǎng)好了才能收割提煉。

我國(guó)科學(xué)家提出的新方法，相當(dāng)于繞過(guò)了植物光合作用，讓人類也能從空氣中獲取原料完成制糖。

而且消耗能量也比植物自然合成路徑低，只需2 ATP/蔗糖，自然路徑需要37 ATP/蔗糖。

轉(zhuǎn)化效率達(dá)到86%，產(chǎn)率為5.7 gL-1。

這對(duì)于人類解決當(dāng)前兩大難題——全球變暖、糧食危機(jī)——都有很好的啟發(fā)意義。

圍觀網(wǎng)友進(jìn)一步腦洞大開(kāi)：

人類邁向深空的吃飯問(wèn)題有解了。

蔗糖、淀粉都能高效合成

本項(xiàng)研究核心構(gòu)建了一個(gè)體外生物轉(zhuǎn)化平臺(tái)（ivBT），能夠?qū)1-C3低碳小分子（甲醇、甲醛和二羥基丙酮）轉(zhuǎn)化為高階碳水化合物（碳數(shù) Cn?≥?12），包括蔗糖、淀粉和纖維低聚糖（COS）。

核心轉(zhuǎn)化過(guò)程可以分為2步。

第一步是前提步驟，將CO?轉(zhuǎn)化為C1原料，這部論文直接引用了現(xiàn)有技術(shù)。

此前中科院大連化學(xué)物理研究所已經(jīng)提出通過(guò)電化學(xué)還原的方式將CO?固定合成甲醇，這個(gè)過(guò)程也被譽(yù)為制造“液態(tài)陽(yáng)光”。

第二步則是將C1小分子通過(guò)viBT系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為蔗糖。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)低ATP消耗、熱力學(xué)有利的合成模塊，并對(duì)兩個(gè)關(guān)鍵酶（蔗糖合酶與果糖-6-磷酸酶）進(jìn)行了工程改造，使其催化效率提高了3–71倍。

具體如下：

首先通過(guò)使用酒精氧化酶、過(guò)氧化氫酶將甲醇氧化為甲醛，用formolase（FLS-M3）將甲醛聚合成DHA（三碳）。

然后通過(guò)酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)，將DHA轉(zhuǎn)化為果糖（六碳）。

最后通過(guò)改造的蔗糖合酶，將果糖+UDP-Glucose合成蔗糖（十二碳）。

整體流程中ATP消耗僅為2 ATP/蔗糖（遠(yuǎn)低于自然植物路徑），蔗糖產(chǎn)量為10.8 mmol L?1（~3.7 g/L），比傳統(tǒng)途徑節(jié)能約85%。

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步使用amylosucrase（AkAS）催化蔗糖聚合生成無(wú)引物（primer-free）淀粉。

AkAS將蔗糖轉(zhuǎn)化為直鏈淀粉，進(jìn)一步加入分支酶GBE生成支鏈淀粉。全過(guò)程不依賴天然淀粉引物，熱力學(xué)更加有利、反應(yīng)容易發(fā)生（ΔG° = –40.2 kJ/mol）。

最終，從甲醇出發(fā)，淀粉產(chǎn)量可達(dá)4.3 g/L，效率高于現(xiàn)有方法。

同理，從C1也能直接合成纖維低聚糖。這是傳統(tǒng)上需要從植物纖維降解的糖，現(xiàn)在可以直接合成了。

把農(nóng)田種植變成車(chē)間制造

本項(xiàng)研究由中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所帶來(lái)，馬延和領(lǐng)銜。

他們團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期以來(lái)做的事，就是把農(nóng)田種植的玉米、大豆，能夠在“車(chē)間”里合成出來(lái)，農(nóng)業(yè)工業(yè)化一條龍。

如果如果這條路線能夠成功，我們可能主糧、主要作物不用種。

原料是二氧化碳，產(chǎn)品可以是蔗糖、淀粉、蛋白質(zhì)等。

要知道這些物質(zhì)的真正制造者是綠色植物，也只有綠色植物的光合作用可以產(chǎn)生。

該團(tuán)隊(duì)做的事是要讓人類能夠模擬植物系統(tǒng)幾億年進(jìn)化而來(lái)的系統(tǒng)。

去年，該團(tuán)隊(duì)的“空氣變饅頭”成果登上Science，首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成（也是和大連化物所合作）。

馬延和表示，這一系列研究能帶來(lái)的直接改變包括節(jié)約土地耕地、淡水，減輕農(nóng)業(yè)壓力，還提供了一個(gè)非常可靠的渠道去消納二氧化碳。

可能打個(gè)不恰當(dāng)?shù)睦?，吃大米飯的人類呼出的二氧化碳，又能變成蔗糖淀粉？真的有點(diǎn)神奇啊。

論文地址：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095927325004967?via%3Dihub

參考鏈接：
https://www.tjng.gov.cn/system/2024/04/22/030040320.shtml