Science重磅：我国科学家突破CO₂人工合成淀粉技术

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科学突破：我国科学家揭示CO₂人工合成淀粉的秘密路径

淀粉，这个日常饮食中的关键碳水化合物，不仅是面粉、大米的主成分，更是工业生产的重要原料。然而，目前的生产方式主要依赖于植物的光合作用，这一过程虽然自然，但效率仅约2%。为了应对粮食危机和气候变化的双重挑战，科学家们正在探索全新的技术，将二氧化碳直接转化为淀粉，这无疑是一项具有颠覆性的创新使命。

在中国科学院天津工业生物技术研究所，马延和研究员领导的科研团队，犹如科学家们的“魔术师”，成功研发出了一种全新的11步化学-酶促合成途径，实现了从二氧化碳到淀粉的“人造”转化。他们的突破性成果，发表在《Science》最新一期上，引起了全球关注，包括新华社和科技日报在内的多家媒体争相报道。

该团队运用了“积木式”策略，通过化学催化剂和生物途径优化，将二氧化碳逐步转化为碳六（C6）化合物，进而合成出与天然淀粉结构相同的淀粉分子。实验室测试显示，人工合成淀粉的效率达到了传统农业生产的8.5倍。这意味着，理论上一立方米的生物反应器在充足能量下，每年的淀粉产量堪比5亩玉米地的产量，革新了淀粉生产的方式，迈向了工业制造的新纪元。

创新设计的“人造淀粉”合成路线

研究团队采用了一个精密的“搭积木”过程，将二氧化碳首先还原成C1化合物，然后通过酶催化聚合形成C3和C6，最后整合生物途径，逐步构建出淀粉分子。他们利用甲醛酶设计并构建了淀粉合成的酶促部分，借助计算机算法，巧妙地设计出了一条从甲酸或甲醇出发，通过9个核心反应合成淀粉的途径。在实验验证中，他们成功构建了名为ASAP 1.0的人工淀粉合成代谢途径，标志着从二氧化碳到淀粉生产的新里程。

突破瓶颈，优化途径

在ASAP 1.0的基础上，团队不断优化，解决关键酶fls的活性问题，通过定向进化，创造出fls-M3变体，显著提高了淀粉合成效率。他们还调整了fbp-AR和agp-M3等酶，最终构建出ASAP 2.0，淀粉生产率提高了7.6倍，为从CO2合成淀粉开辟了更高效的道路。

迈向可持续未来：工业生产的新篇章

马延和研究员表示，这项成果预示着工业生产淀粉的可能，一旦成本降低到可与农业种植相媲美，它将极大地减少对耕地和水资源的需求，减少农业化学物质对环境的影响，增强全球粮食安全，并推动生物经济向碳中和目标迈进。这一重大科研突破得到了国际同行的极高评价，标志着淀粉生产技术的显著进步。

这项创新不仅展示了我国科学家的卓越科研实力，也为全球应对气候变化和粮食短缺挑战提供了新的解决方案，是科技与可持续发展的完美结合，预示着人类在生物制造领域的一个崭新时代的到来。

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