生物技术|新知 | ?人工合成淀粉速率是植物制造的8.5倍( 二 )_财经|刘龙|甲醇

此外，人工合成淀粉可以实现利用二氧化碳和电解产生的氢气合成淀粉的化学-生物法联合的人工淀粉合成途径（ASAP) ，这为推进“碳达峰”和“碳中和”目标实现的技术路线提供一种新思路；同时，类似火星等星球大气中存在着大量的CO2 ，人工合成淀粉技术让未来外星粮食的生产成为了可能。

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从阳光到甲醇，再到淀粉
那么人工合成淀粉究竟如何实现？中科院天津工业生物研究所副所长王钦宏在接受采访时介绍，这是一个从阳光到甲醇再到淀粉的过程。首先，通过光伏发电将光能转变为电能，通以光伏电水解产生氢气；然后，通过催化剂利用氢气将二氧化碳还原生成甲醇，将电能转化为甲醇中储存的化学能。这个过程的能量转化效率超过10% ，远超光合作用的能量利用效率。
刘龙介绍，中科院天津工业生物所科研团队采用一种类似“搭积木”的方式，设计了一条从C1（一碳化合物）到Cn（多碳化合物）的新路径。他们利用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成碳一(C1)化合物，然后通过设计构建碳一聚合新酶，依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三(C3)化合物，最后通过生物途径优化，将碳三化合物又聚合成碳六(C6)化合物，再进一步合成直链和支链淀粉(Cn化合物) 。科研团队从头设计出11步反应的非自然二氧化碳固定与人工合成淀粉新途径，在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成，突破了自然界淀粉合成的复杂调控障碍。
刘龙表示，这种类似于搭积木的过程，是将不同模块间彼此匹配的子类型组装在一起，够最终构建出人工淀粉的合成途径。然而模块中所涉及的催化酶，由于催化效率较低，反馈抑制，需要人工设计和定向进化，提高酶的催化效率和解除抑制效果。
甲醇转化为淀粉，自然界中并不存在这样的生命过程。对人工合成而言，关键是要制造出自然界中原本不存在的酶催化剂。科研人员挖掘和改造了来自动物、植物、微生物等31个不同物种的62种生物酶催化剂，最终优中选优，选了共10种酶将甲醇逐步转化为淀粉。这种路径不仅能合成易消化的支链淀粉，还能合成消化慢、升糖慢的直链淀粉。
此外，人工合成出淀粉和我们常见的淀粉组成并无不同。中科院天津工业生物所副研究员蔡韬在接受采访时表示，人工合成的淀粉实际与自然的淀粉并没有区别。在核磁共振的检测下，人工合成的直链与支链淀粉和自然界中的直链与支链淀粉得到核磁的结果是一模一样的。

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