2021年9月，中国科学院天津工业生物技术研究所首次在实验室实现了从二氧化碳到淀粉的人工全合成。不到两年时间，天津工业生物所又传来好消息：在二氧化碳合成淀粉的基础上，该所实现了从二氧化碳到糖的精准全合成，摆脱了自然合成途径，为利用二氧化碳创造多样的糖世界提供了可能。研究成果于8月16日近22时在国内顶尖刊物《Science Bulletin（科学通报）》在线发表。
糖是人类生命活动及日常生活的重要物质，种类繁多、结构复杂。迄今为止，人类对糖的获取主要依赖于植物类生物质资源。然而，这种传统的“二氧化碳—生物质资源—糖”的加工过程，受到植物光合作用能量转换效率限制。更重要的是，由于土地退化和短缺等原因，依赖于糖类生物质资源的生产方式面临供应安全和风险。因此，迫切需求新的生产方式。
文章第一作者杨建刚副研究员告诉记者：“团队成功构建了灵活性、高效性及多功能性的人工生物系统，颠覆了依赖糖类生物质资源转化制备复杂糖分子的范式，提供了一种灵活的、可拓展的糖制造模式，可获得自然界含量稀少的功能糖分子，实现了多种己糖从头精准合成。”
己糖是在自然界广泛分布，与机体营养代谢最为密切的糖的统称。研究团队开发了人工转化二氧化碳从头精准合成糖技术，工程化设计改造酶蛋白分子的催化特性，实现了精准控制合成不同结构与功能的己糖，其碳转化率高于传统植物光合作用，同时高于已有的化学法制糖以及电化学—生物学耦联的人工制糖方法，为目前人工合成糖路线中碳转化效率的最高水平。
据介绍，整套实验的反应时长约17小时，与通过种植甘蔗等农作物提取糖分的传统方式相比，糖的获取时长实现了从“年”到“小时”的跨越。此次糖合成的效率为0.67克每升每小时，比已知成果提高10倍以上。葡萄糖的碳固定合成效率达到每毫克催化剂每分钟59.8纳摩尔碳，是目前已知的国内外人工制糖最高水平。
“这一成果所获得糖可作为原料应用于食品、医药等领域，将缓解人口日益增长对糖需求的压力。”杨建刚介绍，合成的葡萄糖等糖分子还可以作为工业生物制造关键原材料合成其他化学品，满足人类其他物质需求，从而为负碳物质合成提供原料供给。
国际著名有机化学家、生物催化领域专家、德国科学院院士曼弗雷德·雷茨评价认为，该成果在这一竞争性研究领域取得了真正突破，提供了一种灵活性、多功能性和高效性糖合成路线，为绿色化学打开了一扇门。
记者 刘宏伟 张璐
来源： 天津日报
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