二氧化碳“變身”糖，中國科學家實現重大突破！

每經編輯 杜宇

據科技日報，中國科學院天津工業生物技術研究所與大連化學物理研究所的科研團隊，在二氧化碳合成淀粉基礎上，又取得了一個重大突破：他們成功構建了靈活性、高效性及多功能性的人工生物系統，實現了多種己糖從頭精準合成，解決了糖分子立體結構可控的難題，為擺脫自然合成途徑、利用二氧化碳創造多樣的糖世界提供了可能。該研究成果于8月16日發表在國內期刊《科學通報》上。

從“年”到“小時”，糖的獲取時長大幅縮短

己糖是在自然界廣泛分布、與機體營養代謝最為密切的糖的統稱。迄今為止，人類對糖的獲取主要依賴于植物類生物質資源。然而，這種傳統的“二氧化碳-生物質資源-糖”的加工過程，受到植物光合作用能量轉換效率限制；更重要的是，由于土地退化和短缺、生態系統退化、全球變暖導致的極端天氣和自然災害，使依賴于糖類生物質資源的生產方式面臨著原料供應的安全和風險。

人工轉化二氧化碳合成己糖（圖片來源：中國科學院天津工業生物技術研究所）

為了解決這一問題，科研團隊將高濃度二氧化碳等原料在反應溶液中按一定比例調配，在化學催化劑和酶催化劑的作用下，得到了葡萄糖、阿洛酮糖、塔格糖、甘露糖4種己糖。整套實驗的反應時長約17小時。與通過種植甘蔗等農作物提取糖分的傳統方式相比，糖的獲取時長實現了從“年”到“小時”的跨越。

人工合成效率和精準度均創新高

據新華網，此次人工合成己糖的效率和精準度均達到了國內外最高水平。論文第一作者楊建剛介紹，此次糖合成的效率為0.67克每升每小時，比已知成果提高10倍以上。葡萄糖的碳固定合成效率達到每毫克催化劑每分鐘59.8納摩爾碳，是目前已知的國內外人工制糖最高水平。

人工己糖合成路線設計 （圖片來源：中國科學院天津工業生物技術研究所）

此外，該方法還實現了人工合成糖的精準控制。“通過控制不同酶的不同催化效果，理論上可以合成幾乎任一類型的糖。”楊建剛說。

國際著名有機化學家、生物催化領域專家、德國科學院院士曼弗雷德·雷茨對該成果評價稱，將二氧化碳轉化為碳水化合物是一個特別有趣的想法，也是非常具有挑戰的。成果在這一競爭性研究領域取得了真正突破，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。

為生物制造產業提供核心技術支撐

據中國科學院，該研究成果是由中國科學院系統微生物工程重點實驗室依托于中科院天津工業生物技術研究所的功能糖與天然活性物質研究團隊與大連化學物理研究所合作完成的。

該實驗室定位于微生物生物技術領域的應用基礎研究，以促進化學工業的原料、工藝替代和發酵工業的產業升級為目標，運用基因組學、系統生物學和合成生物學的研究思想和技術手段，對工業微生物的生理和代謝功能進行系統深入的解析，重點發展生化網絡重構模擬、生物設計、代謝途徑工程、基因組工程、進化工程、生理工程等菌株設計和改造的新方法與新策略，建立工業微生物基因組分子改造的技術體系，打通從基因組到產品的技術鏈條，構建高效微生物細胞工廠，顯著提升發酵生產水平，促進節能減排，獲得生產生物纖維、生物材料、生物燃料、重大化工產品和大宗發酵產品的先進菌株與技術，為生物制造產業提供核心技術支撐，滿足國家對能源、環境與經濟可持續發展的重大需求。

該研究獲得到國家自然科學基金、天津市合成生物技術創新能力提升行動、中國科學院青年創新促進會等項目的支持。天津工業生物所楊建剛副研究員、宋皖博士、蔡韜研究員為論文的共同第一作者，孫媛霞研究員與馬延和研究員為論文的共同通訊作者。

該研究成果實現了人工精準合成己糖技術路線突破，但距離工業化生產還有很長的路要走，仍需要解決相關科學與工程技術問題。

每日經濟新聞綜合新華網、科技日報、中國科學院

封面圖片來源：中國科學院天津工業生物技術研究所