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今日，人民日報、央視新聞、新華社等主流媒體報道了二氧化碳人工合成淀粉這一重大突破。  由中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所馬延和團隊發(fā)表于Science上的論文成果顯示，在實驗室條件下，大約只需要4個小時就能合成淀粉，這一合成速率是玉米的8.5倍，從太陽能到淀粉的能量轉(zhuǎn)化效率達到了玉米的3.5倍。 且經(jīng)核磁共振檢測，該合成淀粉具有與天然淀粉分子相一致的結(jié)構(gòu)。  這一人工淀粉合成代謝途徑（ASAP），應(yīng)用分離自化工廠排放出來的高濃度二氧化碳作為原料，并利用生物酶催化劑，來實現(xiàn)從碳氫化合物到淀粉的生物合成過程。 從二氧化碳到淀粉合成，只需經(jīng)過11步的反應(yīng)，比起天然玉米作物從光合作用生產(chǎn)出來淀粉的60多步反應(yīng)，大大提高了生產(chǎn)效率。 有網(wǎng)友評論“終于實現(xiàn)了喝西北風的愿望”  “一步搞定碳中和”  “另類神農(nóng)？”  這波來自實驗室“降維打擊”的操作，堪稱科幻小說里的情節(jié)，也的確是合成生物學領(lǐng)域的重大突破。 在工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)節(jié)，造淀粉的機器該如何設(shè)計？這需要解決工程生物學工程設(shè)計方面的痛點。 在農(nóng)業(yè)和糧食產(chǎn)業(yè)的環(huán)節(jié)，造出來的淀粉人能吃嗎？或者牲畜能吃嗎？會不會有什么不良反應(yīng)？這也需要經(jīng)過漫長考驗。 帶著許多疑問，我們即時采訪了唐雪明和陳曦教授，兩位教授都曾在造就Talk中做出過精彩的演講，對于這一突破也都分別有著不同角度的看法，以下是他們的解讀： 這項工作是淀粉糖合成領(lǐng)域的一項里程碑式的突破性進展，通過化學催化與生物催化的有機結(jié)合，極大地簡化了淀粉的合成途徑，為糧食和食品原料的人工生物合成制造提供了范式。 首次實現(xiàn)了不依賴光合作用，利用二氧化碳從頭合成淀粉。與傳統(tǒng)種植玉米相比，這種人工合成方法極大提高了合成速率。 整個合成過程使用了多種動植物、微生物來源酶，并進行了理性設(shè)計和蛋白質(zhì)定向進化。 這些酶催化體系的模塊化組合，形成了“搭積木”合成的方式，從頂層設(shè)計開始，有機簡化了合成途徑。 體外生物合成原料不再受限于生物體對產(chǎn)物的耐受水平，理論上可以線性放大。 就像文章中所說的“搭積木”一樣，這是一項精彩的原創(chuàng)性高技術(shù)“游戲”。 這項工作的關(guān)鍵技術(shù)是多種生物酶的篩選、克隆表達和定向進化工作。 這是從0到1的原創(chuàng)性突破，但離真正的應(yīng)用還有很長的路要走。 酶的生物合成成本、合成原料的成本及其純化成本等，可想而知，在目前還是相當高的。 研究更多地展示了合成生物學在未來糧食和食品原料人工生物制造的巨大應(yīng)用潛力。 陳曦 二氧化碳加氫氣制甲醇，這個過程是在化工界頗受爭議的，會導(dǎo)致甲醇成本巨幅提高，失去經(jīng)濟價值。 同時在后面的“搭積木”過程產(chǎn)品——淀粉，也會有大量的能耗，它的排放量，其實是相當驚人的，因此很容易導(dǎo)致這個合成淀粉能耗高、排放高、價格高的問題，在未來的應(yīng)用落地中存在比較大的阻礙。 總結(jié)而言，這是一項突破性的成果，在能耗和轉(zhuǎn)化速率上可能還存在著很多的阻礙，也將對我們國家的碳中和、糧食產(chǎn)業(yè)、生物工程方面產(chǎn)生深遠的影響。 這個事情本質(zhì)是這樣的：第一步，二氧化碳加氫氣合成C1——不出意外就是甲醇。那么，二氧化碳加氫氣制甲醇，這個過程就本身是在化工界頗受爭議的。為什么呢？  道理很簡單，在理想狀況下，二氧化碳是300元一噸，氫氣是1萬元一噸，這樣制備的甲醇也是近萬元一噸的，而當前市面上甲醇大概是1000元一噸，所以這第一步制備出來的甲醇本身就大虧特虧了。 第二步，這個甲醇以“搭積木”的方式經(jīng)過好幾步制成淀粉。但實際上甲醇在化工上可以合成任何的氨基酸，可以合成任何的有機物，所以合成淀粉這一步其實也并不難，這個在專業(yè)領(lǐng)域我們叫做“化工農(nóng)業(yè)”。 那么這篇文章就是把二氧化碳制備的甲醇和甲醇合成氨基酸，或者甲醇合成淀粉這兩步放在一起了。 而它的基礎(chǔ)原料——甲醇，就已經(jīng)是1萬塊錢一噸的價格，就會導(dǎo)致后面合成的淀粉可能是十幾萬一噸。  這合成的淀粉就是個天文價格，同時在后面的“搭積木”過程也產(chǎn)生了大量的能耗，所以是高能耗過程，它的排放量，是相當驚人的，因此最終的結(jié)論就是這個合成淀粉能耗高、排放高、價格高。 另外，在所有碳分子里面，二氧化碳是能量最低、也是結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定的一個分子，將二氧化碳轉(zhuǎn)變成任何其他碳的化合物，都是需要花費巨額的能量的。  在這個工作當中，既然已經(jīng)得到了C1——本身就是甲醇，已經(jīng)花費了高額能量，還在C1基礎(chǔ)上進一步把它變成C10或者更大的分子，消耗的能量可能就得翻十倍。 實際上就是花了100倍的能量去將二氧化碳轉(zhuǎn)化為淀粉，那么這毫無疑問是非常不經(jīng)濟的。 如此一來，這樣去利用二氧化碳的話，實際上是不具有落地價值的。 寫在最后  |
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