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2023-08-18 11:26:16
中國科學家實現從二氧化碳到糖的精準全合成
2023-08-18 11:26:16 來源: 科技日報
(相關資料圖)
科技日報記者 陳曦
記者8月17日從中國科學院天津工業生物技術研究所獲悉，該所成功構建了靈活性、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。該研究成果是在二氧化碳合成淀粉基礎上的一個重大突破，于8月16日發表在國內期刊《科學通報》上。
糖是人類生命活動及日常生活中的重要物質，也是當今工業生物制造的關鍵原材料。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。
為解決這一系列問題，需要將傳統制糖過程向非糖類生物質資源制造模式轉變。中國科學院天津工業生物技術研究所開發了人工轉化二氧化碳從頭精準合成糖技術，基于碳素縮合、異構、脫磷等酶促反應，與中國科學院大連化學物理研究所科研團隊合作，設計構建化學-酶耦聯的非天然轉化途徑，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，同時高于已報道的化學法制糖以及電化學-生物學耦聯的人工制糖方法，是目前人工制糖路線中碳轉化效率的最高水平。與此同時，該研究建立了可進一步延伸糖產物種類和構型的生物系統，可實現人工創造糖分子多樣性。
該研究成果還顛覆了依賴糖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，從而拓展應用范圍。所獲得糖可作為原料應用于食品、醫藥等領域，還可作為工業生物制造關鍵原材料合成其他化學品，進一步滿足人類的其他物質需求，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。
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。
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