中國科學家用二氧化碳人工合成出淀粉了，這可是全世界科研工作的一項重大突破！
太不可思議了！這項技術能給咱們的生活帶來哪些改變？以后農民是不是可以減少種地了？
走，咱現在就去一探究竟，看看這個人工合成淀粉到底有多“牛”？未來有望通過工廠“制造”糧食嗎？
中國科學院天津工業生物技術研究所馬延和科研團隊在實驗室里首次實現了二氧化碳到淀粉的從頭合成，相關成果北京時間9月24日由國際知名學術期刊《科學》在線發表。這項科研突破的“含金量”如何？
眾所周知，淀粉是糧食最主要的成分，也是一種重要的工業原料。自然界的淀粉合成依賴植物光合作用，涉及約60步代謝反應以及復雜的生理調控。此次研究中，科研人員用一種類似“搭積木”的方式，從頭設計、構建了11步反應的非自然二氧化碳固定與人工合成淀粉新途徑。將二氧化碳固定并轉化為有用的有機化學品是一項重大的國際挑戰，本項工作將該領域研究向前推進了一大步。
這是利用合成生物學解決當今社會面臨的若干重大挑戰的驚人案例，將為日后更多相關研究鋪平道路。
這項研究成果將對下一代生物制造和農業發展帶來變革性影響。
研究者最關鍵的工作，在于設計了一條全新的人工合成路線。它只需要11步核心生化反應，就可以完成從二氧化碳到淀粉的轉化。反應路線的設計從理論計算開始，研究者以甲酸（或甲醇）作為起始反應物，通過計算機分析起草了可能的反應路線。這聽起來似乎輕松，但此后的調試和優化才是真正困難的部分。因為即使是理論上可行的反應路徑，在現實中也常會遇到許多不可預料的問題（例如不同催化酶的難以適配），導致實驗失敗。這就好比學做飯吧，看著別人一步步做不難，但實操起來放多少鹽、開多大火都有可能影響最后的味道。為了解決這些問題，研究者將整個淀粉轉化的過程拆分成了四個模塊，并將這些模塊逐一進行優化。他們在31種生物體的62個催化酶里篩選出了10種，去參與11種最優轉化反應，使得每一步都最有效、最高產。這樣一來，他們就得到了人工淀粉合成路徑的1.0版本。在后續的研究中，科研人員又對初始版本進行了改進，利用各種工程修飾的酶提升反應的轉化率，由此得到了2.0版本的反應路徑。
馬延和團隊設計的淀粉合成路徑
（看不懂就對了
）
在此之后，研究者又在反應路徑的前面加上了關鍵的步驟：讓“主角”二氧化碳與氫氣結合變成甲醇。這樣一來，就實現了從二氧化碳轉化到淀粉的全過程。這一步反應使用了氧化鋅-氧化鋯的無機催化劑，在高溫高壓的環境下進行。加上這一步驟，并改進了底物競爭等一些問題，就形成了反應路徑的3.0版本。最后，通過更換路徑中的部分反應酶，科研人員還可以可控地產出直鏈淀粉或者支鏈淀粉，而這也是他們目前的最新版本（ASAP 3.1）。經過研究者的努力，最終版本的產率比1.0版本提升了將近一百倍。同時，人工合成淀粉的速率是自然淀粉合成速率的8.5倍。在充足能量供給的條件下，按照目前的技術參數推算，理論上1立方米大小的生物反應器年產淀粉量相當于我國5畝玉米地的年產淀粉量。
在科學家眼里，人工合成淀粉未來如果進入實際應用，不僅能節約耕地和淡水資源、進一步保障糧食安全，還將帶來諸多想象空間。
人工合成淀粉對于解決農業問題有著巨大意義。民以食為天，我國的耕地面積為150多萬平方千米，占國土面積的16%左右，也就是說，不到五分之一，剩下五分之四的國土面積都是不能作為耕地的。有了這種技術，高山峽谷、沙漠、冰原，這些地方都可以成為農業產地。業內專家稱，采用這種工業辦法，將會節約90%以上的耕地和淡水資源，避免農藥、化肥等對環境的負面影響，推動形成可持續的生物基社會，提高人類糧食安全水平。
這是不是意味著我們可以不需要依賴農耕，直接用“空氣”制造糧食和工業原料，真正實現“西北風喝到飽”呢？
這么說還為時尚早。這項研究，確實為實現高效的工業化淀粉生產提供了可能性，但是作為實驗室產出的初步成果，還需要科學家們持續的優化和推動，才能讓這項技術走出實驗室，投入實際應用。此外，要讓人工合成淀粉與農業種植相比具有經濟可行性，也需要一個艱難、持續的科技攻關過程。
不過，這一技術確實為碳的捕集、利用和封存提供了全新的循環方案。讓排放在空氣中的碳回到生產生活的循環中，不僅可以回收利用二氧化碳，還能生產人類賴以生存的食糧，可謂一石二鳥，從而大大促進了低碳生物經濟發展，為全球碳達峰、碳中和目標起到重大的支撐作用。
2019年，美國加州大學伯克利分校的華人科學家楊培東團隊潛心鉆研人工光合作用，成功在實驗室中將二氧化碳不定向轉化為多種簡單糖類化合物，而此次馬延和團隊則具有創新性地創建了人工產出復雜碳水化合物的路徑和技術。沒想到吧，隨處可“見”、甚至有些過剩的二氧化碳，竟能變成我們口中的食物。其實，二氧化碳在耕作中早已經有了廣泛應用。比如“氣肥”，溫室里直接施用二氧化碳作肥料，利用植物根部吸收二氧化碳，可以增進植物的光合作用，促進農作物生長，增加產量。（點擊此處了解詳情）此外，二氧化碳還可以用于貯藏糧食、水果、蔬菜等，可有效地防止食品中細菌、蟲子生長并保鮮。在科技越來越發達的未來
相信會有更多
變“廢”為寶的科研項目誕生
我們共同期待
下一次
被合成出來的會是什么呢？
