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今年“最甜”研究成果發布：天津工業生物所實現從二氧化碳到糖的精準全合成

2023-08-17 09:44:57來源：天津日報  


【資料圖】

2021年9月，中國科學院天津工業生物技術研究所首次在實驗室實現了從二氧化碳到淀粉的人工全合成。不到兩年時間，天津工業生物所又傳來好消息：在二氧化碳合成淀粉的基礎上，該所實現了從二氧化碳到糖的精準全合成，擺脫了自然合成途徑，為利用二氧化碳創造多樣的糖世界提供了可能。研究成果于8月16日近22時在國內頂尖刊物《Science Bulletin（科學通報）》在線發表。

糖是人類生命活動及日常生活的重要物質，種類繁多、結構復雜。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等原因，依賴于糖類生物質資源的生產方式面臨供應安全和風險。因此，迫切需求新的生產方式。

文章第一作者楊建剛副研究員告訴記者：“團隊成功構建了靈活性、高效性及多功能性的人工生物系統，顛覆了依賴糖類生物質資源轉化制備復雜糖分子的范式，提供了一種靈活的、可拓展的糖制造模式，可獲得自然界含量稀少的功能糖分子，實現了多種己糖從頭精準合成。”

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。研究團隊開發了人工轉化二氧化碳從頭精準合成糖技術，工程化設計改造酶蛋白分子的催化特性，實現了精準控制合成不同結構與功能的己糖，其碳轉化率高于傳統植物光合作用，同時高于已有的化學法制糖以及電化學—生物學耦聯的人工制糖方法，為目前人工合成糖路線中碳轉化效率的最高水平。

據介紹，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。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。

“這一成果所獲得糖可作為原料應用于食品、醫藥等領域，將緩解人口日益增長對糖需求的壓力。”楊建剛介紹，合成的葡萄糖等糖分子還可以作為工業生物制造關鍵原材料合成其他化學品，滿足人類其他物質需求，從而為負碳物質合成提供原料供給。

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·雷茨評價認為，該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。

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責任編輯：hnmd003

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