“利用合成生物學(xué)的途徑，用1立方米大小的生物反應(yīng)器生產(chǎn)的淀粉量，就能與5畝土地種植出來(lái)的玉米相當(dāng)。”9月19日，在上海舉行的“好望角科學(xué)沙龍”合成生物學(xué)專場(chǎng)活動(dòng)上，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所創(chuàng)始所長(zhǎng)馬延和表示，人工合成淀粉的突破使不依賴土地、淡水等農(nóng)業(yè)資源的淀粉車間制造成為可能，將在未來(lái)重塑生物制造與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的格局。
活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，馬延和以《空氣變饅頭：從實(shí)驗(yàn)室走向未來(lái)生活》為主題進(jìn)行了報(bào)告分享。
馬延和介紹，合成生物學(xué)的概念源于1911年。合成生物學(xué)被譽(yù)為“第三次生物技術(shù)革命”，是一個(gè)涉及生物學(xué)、基因組學(xué)、工程學(xué)和信息學(xué)的交叉學(xué)科，可通過(guò)工程化原理，有目的地設(shè)計(jì)生物系統(tǒng)甚至創(chuàng)造新生命，實(shí)現(xiàn)了從“認(rèn)識(shí)生命”到“設(shè)計(jì)生命”的跨越。
在合成生物學(xué)發(fā)展歷史上，馬延和團(tuán)隊(duì)牽頭完成的人工合成淀粉研究是一大里程碑式進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)采用一種類似“搭積木”的方式，從頭設(shè)計(jì)、構(gòu)建了11步反應(yīng)的非自然固碳與淀粉合成途徑，在實(shí)驗(yàn)室中首次實(shí)現(xiàn)從二氧化碳到淀粉分子的全合成。
“淀粉合成是一個(gè)能量輸入過(guò)程，生化反應(yīng)步驟多而代謝復(fù)雜，很多生理調(diào)控的問(wèn)題和機(jī)制都沒(méi)有搞清楚。”馬延和表示，團(tuán)隊(duì)從6568種生化反應(yīng)中篩選出最優(yōu)路徑，通過(guò)定向改造酶分子、創(chuàng)建非自然人工酶，解決了熱力學(xué)匹配、代謝流平衡等世界級(jí)難題，最終成功合成了淀粉。
這是國(guó)際上第一次不依賴植物光合作用，將自然的代謝過(guò)程重新拆解、組裝，以二氧化碳、水和氫能為原料，在實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)出了淀粉，讓科幻小說(shuō)中的“空氣變饅頭”從幻想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。2021年，這項(xiàng)研究成果發(fā)表于《科學(xué)》。
目前，團(tuán)隊(duì)正在將淀粉人工合成的途徑優(yōu)化、整合到3.0版本。與玉米合成淀粉相比，人工合成淀粉的能量轉(zhuǎn)換效率提升了3.5倍，淀粉的合成速度提升了8.5倍，把此前2-3個(gè)月的自然淀粉合成時(shí)間縮短到數(shù)天。
“人工智能技術(shù)的發(fā)展，大大推動(dòng)了合成生物學(xué)‘理性設(shè)計(jì)’的進(jìn)程。”馬延和表示，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，合成生物學(xué)目前已拓展至蔗糖、己糖、生物可降解材料等多碳復(fù)雜分子的合成，為食品、能源、醫(yī)藥行業(yè)提供全新解決方案。
在隨后的圓桌討論環(huán)節(jié)，馬延和與中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程所研究員邢建民、上海合成生物學(xué)創(chuàng)新中心副院長(zhǎng)付小龍，以及合成生物學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的科創(chuàng)企業(yè)代表，就合成生物學(xué)的技術(shù)進(jìn)展和商業(yè)化前景等進(jìn)行深入討論。
“好望角科學(xué)沙龍”由中科創(chuàng)星發(fā)起，由中科創(chuàng)星、東壁科技數(shù)據(jù)、上海市研發(fā)公共服務(wù)平臺(tái)管理中心共同主辦，致力于打造具有廣泛影響力的科創(chuàng)融合與跨界交流平臺(tái)。
本文鏈接：聚焦“空氣變饅頭”，“好望角科學(xué)沙龍”專場(chǎng)活動(dòng)舉行http://www.sq15.cn/show-11-26317-0.html
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