2021年9月24日

“科学家实现利用二氧化碳合成淀粉”的消息刷屏

这项登上《科学》杂志的成果

由中国科学院天津工业生物研究所完成

（以下简称天津工生所）

它预示着

在解决人类发展面临的粮食问题上

我国科学家又迈出了关键一步

如今，该成果从实验室走向了生产线

建成的吨级中试装置正在进行测试

▲人工合成淀粉样品

2014年

天津工生所创始所长马延和脑洞大开：

能不能模仿植物

直接利用空气中的二氧化碳来合成所需物质？

这可谓是“凭空制造、随心所欲”

经过仔细论证

大家觉得合成细胞太过困难

但在胞外利用二氧化碳合成淀粉或许可以试试

2015年1月

还在国外访学的副研究员蔡韬接到马延和电话后

惊讶又兴奋

“凭空制造，这可能吗？”

前期的调研结果不容乐观

领域内知名专家纷纷摇头

“植物的光合作用已存在十几亿年

至今还未完全弄清楚系统机制

你们能从头合成？”

但马延和想

“植物能做的事，我们怎么就不能？”

▲人工合成淀粉工程化模型

说干就干！

2016年，“二氧化碳的人工生物转化”

成为中国科学院重点部署项目

“二氧化碳合成淀粉”研究开启前期探索

科研人员开发出全新的算法

在二氧化碳到淀粉之间的6568个生化反应中

计算出一条只有9步主反应的最短合成途径

可这只是理论上的合成路径

现实中能走通吗？

开始进行实验后

困难超出了大家的想象

其中最突出的是酶的问题

前两年多的时间里

科研人员都在与酶“斗智斗勇”

依照计算出来的路径

许多酶的组合在现实中从未出现过

他们只能对已有的酶进行定向改造

或是从头设计新的酶

▲蔡韬（左一）与技术人员讨论

后来

团队实现了碳一化合物到淀粉的合成

却又卡在了从二氧化碳到碳一化合物的转化中

转化得到的甲醛量不足

无法支撑后续反应

眼看为期3年的项目就要结题

整个科研团队的压力都达到了最大值

蔡韬已经记不清

与马延和、游淳等人讨论了多少次

在不断的讨论中

蔡韬逐渐找到思路：

利用甲醇中“氢燃烧”产生的能量

驱动产生甲醛的反应

解决其中的热力学匹配问题

2018年7月24日

蔡韬收到技术员发来的照片：

一个试剂管中碘溶液呈淡蓝紫色

他立即一路小跑赶到实验室

抑制不住地喊道

“太好了！制造路径终于全线打通了！”

至此

二氧化碳合成淀粉终于实现了“从0到1”

▲人工合成淀粉遇碘变蓝。

此后，项目组又陆续做出了2.0、3.0版本

将淀粉合成产量提高至1.6克/升

其合成速率明显超过玉米

接下来，敢不敢做产业化？

万一失败怎么办？

在马延和看来

“产业化是最初的理想、也是最终的目标

我们走到一半不走了，怎么甘心？”

经过深思熟虑，大家下定决心：

做！

2022年底

工程化测试平台建成

百升级、吨级中试装置启动测试

这意味着

二氧化碳合成淀粉走出实验室、来到了生产线

团队正式开始朝“从1到10”的目标迈进

▲人工合成淀粉工程化测试平台。刘如楠摄

未来

他们要把人工合成淀粉的成本降下来

甚至降到比农业种植更低

前方的路还很长

但科研团队坚信

路虽远，行则将至

事虽难，做则可成！

▲人工合成淀粉科研团队。（本文图片除标注外均由天津工生所提供）

阅读全文请见

来源：中国科学报

责任编辑：宋同舟