我國實現(xiàn)從二氧化碳到糖的精準全合成

靳博　李家鼎

記者從中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所了解到：日前，該所科學家成功構建了靈活性、高效性和多功能性的人工生物系統(tǒng)，首次實現(xiàn)了多種己糖從頭精準合成，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，研究成果在權威刊物《科學通報》發(fā)表。

糖是人類生命活動及日常生活中的重要物質(zhì)，也是當今工業(yè)生物制造的關鍵原材料。己糖是在自然界廣泛分布、與機體營養(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害的威脅挑戰(zhàn)。

本次技術攻關歷時兩年多完成，中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所與中國科學院大連化學物理研究所合作，設計了化學—酶耦聯(lián)的非天然轉(zhuǎn)化途徑，工程化設計改造酶蛋白分子的催化特性，實現(xiàn)了精準控制合成不同結構與功能的己糖。實驗室內(nèi)，生成糖的反應時間約為17小時，每升每小時合成糖的重量為0.67克，是目前人工制糖路線中碳轉(zhuǎn)化效率的最高水平。

“我們設計了一個從頭開始合成糖的新路徑，解決了糖的合成不可控難題。”中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所所長馬延和介紹，二氧化碳生物轉(zhuǎn)化利用，是中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所長期堅持的科研方向。本次研究成果是在二氧化碳合成淀粉基礎上的一個重大突破，顛覆了依賴糖生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化制備復雜糖分子的范式，提供了一種靈活的、可拓展的糖制造模式。未來，所獲得糖可作為原料應用于食品、醫(yī)藥等領域，還可作為工業(yè)生物制造關鍵原材料合成其他化學品，進一步滿足人類的其他物質(zhì)需求，從而為負碳物質(zhì)合成提供原料供給。但目前，距離工業(yè)化生產(chǎn)還有很長的路要走，仍需要解決相關科學與工程技術問題。

德國科學院院士曼弗雷德·雷茨就相關成果給出評價稱，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物非常具有挑戰(zhàn)，成果在這一競爭性研究領域提供了一種靈活性、多功能性和高效性糖合成路線，為綠色化學打開了一扇門。

◎ 來源| 人民日報