中国科学家报告用二氧化碳合成淀粉

中国科学家最近首次报道了从二氧化碳(CO2)合成人造淀粉的从头路线。相关结果于9月24日发表在Science上。

新路线使淀粉生产方式从传统的农业种植转向工业制造成为可能，为从CO2合成复杂分子开辟了新的技术路线。

淀粉是粮食的主要成分，也是重要的工业原料。目前主要由玉米等作物通过光合作用固定CO2产生。这个过程涉及大约60个生化反应以及复杂的生理调节。该工艺的理论能量转换效率仅为2%左右。

迫切需要可持续供应淀粉和利用 CO2 的战略来克服人类面临的重大挑战，例如粮食危机和气候变化。设计植物光合作用以外的新途径将 CO2转化为淀粉是一项重要的创新科技任务，并将成为当今世界的一项重大颠覆性技术。

为了解决这个问题，天津工业生物技术研究所(TIB)的科学家们设计了一种化学酶系统以及一种仅由11个核心反应组成的人造淀粉合成代谢路线，将CO2转化为淀粉。

这条路线是通过“积木”策略建立的，其中研究人员整合了化学和生物催化模块，以生物技术创新的方式利用高密度能量和高浓度 CO2。

研究人员通过解决底物竞争、产物抑制和热力学适应等问题，使用空间和时间隔离系统地优化了这种混合系统。

人工途径可以从 CO2 中生产淀粉，其效率是玉米中淀粉生物合成的 8.5 倍，表明向超越自然迈出了一大步。它为创建具有前所未有功能的生物系统提供了新的科学基础。

“按照目前的技术参数，在不考虑能量输入的情况下，一立方米生物反应器的年淀粉产量理论上相当于种植 1/3 公顷玉米的淀粉年产量，”该研究的第一作者蔡涛说。研究。

这项工作将为从 CO2工业制造淀粉打开一扇窗。

该研究的通讯作者马彦河说：“如果未来该过程的总体成本能够降低到经济上可与农业种植相媲美的水平，预计将节省90%以上的耕地和淡水资源。”

此外，它还有助于避免使用农药和化肥对环境的负面影响，改善人类粮食安全，促进碳中和生物经济，最终促进可持续的生物社会的形成。

TIB从2015年开始专注于人造淀粉生物合成和CO2 的利用，开展这种以需求为导向的科技研究，汇聚各类创新资源，加强“学科、任务、平台”的整合，实现研究工作的有效协调。

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