这项由中国首创的合成技术有什么亮点？

以二氧化碳为原料，不依赖植物光合作用，直接合成淀粉——。中国科学院天津工业生物技术研究所的一个研究团队首次在实验室中实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。相关成果由国际知名学术期刊《科学》于北京时间24日在线发表。

这个突破的“含金量”是多少？未来有望通过工厂大规模“制造”粮食吗？记者后续采访解读。

“向前迈出一大步”的突破

淀粉是粮食中最重要的成分，也是重要的工业原料。合成淀粉是科学技术领域的一个重要课题，吸引了许多国家的科学家深入探索，但一直没有取得实质性的突破。

中国科学院天津工业生物研究所通讯作者、所长马延河介绍，在这项研究中，研究人员以类似“积木”的方式，从头开始设计构建了一种11步非自然二氧化碳固定和人工淀粉合成的新方法。核磁共振表明，合成淀粉分子的结构和组成与天然淀粉分子一致。

相比之下，自然界的淀粉合成依赖于植物的光合作用，涉及约60个代谢反应和复杂的生理调节。

论文第一作者、天津工业生物研究所副研究员蔡涛介绍，初步实验室测试表明，合成淀粉的转化率是天然淀粉的8.5倍。在能源供应充足的情况下，按照目前的技术参数，理论上1立方米大小的生物反应器每年的淀粉产量相当于我国5亩玉米田每年的淀粉产量。

这一突破得到了该领域一批国际知名专家的高度评价。德国科学院院士曼弗雷德雷茨(Manfred Reitz)表示，将二氧化碳固定并转化为有用的有机化学品是一项重大的国际挑战，这项工作将该领域的研究向前推进了一大步。美国工程院院士Jens Nelson表示，这是一个利用合成生物学解决当今社会面临的一些重大挑战的惊人案例，将为未来更多相关研究铺平道路。

中国工程院院士陈建表示，这项工作是典型的“0比1”原创成果。神户大学副校长近藤明彦表示，研究成果将对下一代生物制造和农业发展产生变革性影响。

为“细胞工厂”打开一扇窗。

从分子生物学到合成生物学，科学技术的进步使酶的定向转化日益成熟，已广泛应用于食品生产、疫苗研发、农业病虫害防治等领域。理论上，大多数食品和石化产品可以通过合成生物技术制备。

粮食——的人工“制造”在不依赖传统农业种植的情况下，瞄准“农业产业化”前景，多国科学家大显身手，开始攻关。

“它为未来的‘细胞工厂’打开了一扇窗。”对于这项研究的应用前景，蔡涛打了个比方：合成淀粉的新反应方式相当于汽车发动机，酵母细胞相当于汽车底盘。下一步就是把发动机放在底盘上安装，设计改造酵母细胞系统，打造淀粉合成的“细胞工厂”进行规模化生产。

然而，在“细胞工厂”生产粮食的希望实现之前，科学家需要首先克服多重困难。

“我们目前对许多生命过程的理解仍然不到位。”马延河表示，未来建设“细胞工厂”将面临人工生命的设计、合成、调控等诸多基础科学挑战，需要化学、物理、工程、生物等长期交叉研究。

此外，要使合成淀粉与农业种植相比在经济上可行，还需要一个艰难而持续的科技研究过程。

中国科学院副院长周琦表示，这一成果还处于实验室阶段，距离实际应用还有很长的路要走

据了解，经科技部批准，天津工业生物研究所正在牵头建设国家合成生物技术创新中心。研究团队的下一步目标是，一方面继续攻克淀粉合成人工生物系统的设计和调控等底层科学难题，另一方面将成果推向产业化应用，使合成淀粉未来的经济可行性接近农业种植。

“这是对实现重大应用目标中的瓶颈科技问题开展基础研究。”中国科学院院士赵国平。

在科学家眼中，未来如果将人工淀粉投入实际使用，不仅可以节约耕地和淡水资源，进一步保障粮食安全，还会带来很大的想象空间。

中国科学院院士乐康认为，如果合成淀粉过程中捕获的二氧化碳远远超过排放的二氧化碳，就可以进一步挖掘潜力，在二氧化碳排放峰值时为碳中和做出更大贡献。

中国工程院院士岳举例说，合成淀粉的中间产物，如葡萄糖，可以发酵生产醇、酸、酮等平台化合物，广泛应用于塑料、纤维、橡胶的生产。

“提炼社会重大需求中的科学问题，在回答科学问题上取得重要突破，是我们应该做的基础研究。”周琦说。