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        哈爾濱助孕“人工合成淀粉”背后 專家:合成生物學將大有可為

        發布時間:2021-10-09 01:23 作者:哈爾濱助孕小編 來源:未知 點擊:63699 字號:

          “人工合成淀粉”背后

          專家:合成生物學方興未艾 未來將大有可為

          “脫離光合作用、植物和土壤,中國科學家以二氧化碳為原料直接人工合成了淀粉……”近日,中國科學院召開新聞發布會介紹了這一激動人心的科研成果,論文也在權威學術期刊《科學》上發表。在努力實現碳達峰、碳中和目標的當下,合成淀粉讓人們產生了無盡美好的想象,甚至有網友驚呼:“‘喝西北風’將來可不再是一句笑話了?!?table border=0 cellspacing=0 cellpadding=0 align=left class="adInContent">

          雖然從實驗室走向工廠還有漫漫征途,但人工合成淀粉仍然是具有突破性和原創性的重大科研成果,其背后是在全球方興未艾的合成生物學。中國科學院院士鄧子新告訴記者,合成生物學是生命科學領域的一門新興工程科學,其實質是在工程學思想指導下,按照特定目標理性設計、改造乃至從頭重新合成生物體系,通過構造人工生物系統來研究生命科學中的基本問題,應對人類面臨的重大挑戰,因此,它被多國認為是未來的顛覆性科學技術。

          目前,國內外合成生物學正在創造越來越多的科技成果。多位專家學者告訴記者,在合成生物學領域,中國幾乎每隔幾個月都會有比較重大的科研成果誕生。淀粉之后,我們或將迎來更多新的“合成”。

          文、圖/廣州日報全媒體記者 武威(署名除外)

          重大突破:

          “從最原始的地方開始做”

          眾所周知,淀粉是糧食最主要的成分,通常由農作物通過自然光合作用固定二氧化碳生產。自然界的淀粉合成與積累,涉及60余步生化反應以及復雜的生理調控。

          中科院的新聞發布會介紹,中國科學院天津工業生物技術研究所研究員馬延和帶領團隊,采用一種類似“搭積木”的方式,從頭設計,構建了11步反應的非自然固碳與淀粉合成途徑,在實驗室中首次實現從二氧化碳到淀粉分子的全合成。經核磁共振等檢測發現,人工合成淀粉分子與天然淀粉分子的結構組成一致。

          實驗室初步測試顯示,人工合成淀粉的效率約為傳統農業生產淀粉的8.5倍。在充足能量供給的條件下,按照目前技術參數,理論上1立方米大小的生物反應器年產淀粉量相當于我國5畝玉米地的年產淀粉量。

          馬延和的科研突破,在我國科學圈引起熱議。清華大學化學工程系教授陳國強告訴記者:“人工合成淀粉是具有很大突破性的科學進展,其突破性在于淀粉的合成工作全是在細胞外進行。以往,像淀粉這樣比較復雜的化合物的聚合一般是需要在細胞內完成。馬延和團隊首次把所有試驗操作放到細胞外,這是重大突破,也是一個非常典型的合成生物學成功案例。除了淀粉在細胞外合成,他們同時構建了完整的代謝路徑,利用細胞外的酶來促進其反應,這是很好的突破?!?/p>

          中科院合成生物學重點實驗室主任覃重軍教授同樣不吝溢美之詞,他表示:“人工合成淀粉肯定是一項重大科學突破,雖然還不是諾獎級的,但仍然有其獨創性和震撼性。目前,我國合成生物學領域的成果大大小小都有,但達到像人工合成淀粉這樣震撼的還不多。人工合成淀粉是概念性和原創性的突破,確實非常難得。以往大多數的科研突破是屬于延展性的,科學的框架已經定了,科研人員只是順著路徑往前走,但合成淀粉屬于概念性的突破,它從最原始的地方開始做,這是和其他一些科研性質上的不同?!?/p>

          從實驗室到工廠:

          “可能要窮盡科學家一生”

          盡管在實驗室內取得成功,但專家們坦言,目前人工合成淀粉從實驗室走向工廠仍是“路漫漫其修遠兮”。

          中科院副院長周琪表示,人工合成淀粉成果目前尚處于實驗室階段,后續需盡快實現從“0到1”概念突破到“1到10”的轉換。

          覃重軍告訴記者:“這種成果從實驗室走進工廠的距離是驚人的,人工合成淀粉只是初步把路徑走通了,但還要考慮到成本核算的問題,目前看,成本降到能和自然PK還很難,這可能需要窮盡科學家一生去努力?!?/p>

          覃重軍說:“在科研領域,概念性的突破是可以的,這就和治療癌癥一樣,技術一直在不斷進步,患者的壽命得到延長,但還沒好到治愈的程度。從學術到應用將是一個不斷努力的過程,應用肯定要涉及成本問題?!靡粋€1立方米的罐子生產淀粉,5畝玉米地就可以不用種了’是一個愿景,現在還遠遠做不到,未來有可能實現??茖W的突破從理論的突破再到實際應用,都是比較遠的。任何科學的進步總是在不斷累積當中實現的,一有科學突破就要馬上應用,這本身也是不科學的?!?/p>

          陳國強則表示:“未來人工合成淀粉的挑戰在于細胞外合成考驗各種酶的穩定性。如何做好各種酶的分離純化,酶如何在細胞外保持活性,如何應對合成中的每一步后酶的活力下降……這些問題都需要在細胞外得到解決。合成淀粉的步驟較多,目前成本是很高的,也是工業化不能接受的?!?/p>

          陳國強接著說:“合成淀粉的另一個難題,是隨著分子量的不斷上升,葡萄糖不斷被整合在高分子淀粉鏈上,黏度會越來越大,聚合的難度也會越來越高,人工合成淀粉也將可能聚合不到分子量特別高的淀粉。從分子量的角度看,人工合成淀粉和常見的淀粉還有一段距離。這些問題都是要在今后的工作中予以解決的。但無論怎樣,僅僅是能在細胞外人工合成出葡萄糖,就已是一項很偉大的工作了?!?/p>

          合成生物學:

          “非天然但優于天然”

          而人工合成淀粉的背后,是國內外合成生物學近年來的突飛猛進。

          中國科學院院士鄧子新告訴記者:“基于基因的生命科學經歷了3次革命,而今人類進入生物體系的工程化,合成生物學開始以用途為導向,工程化為理念,對生物學進行全視角、多維度的研究,這是一個學科高度集成,堪比機械工程和土木工程的學科,科學家人工設計構建新的生命系統,使得它具有非天然但優于天然的功能?!?/p>

          鄧子新介紹,目前我國已經利用生物合成技術研發出了藥物,“我國原來沒有維生素e的生產廠商,只能通過進口;而今通過生物合成技術制造出了維生素e,我國也一躍成為維生素e的生產大國。生物合成一舉打破了國外化學合成的復雜程序,成本很低,過程很安全,投資也少,效率很高,各個方面都有很大的改進?!?/p>

          鄧子新堅信,未來像維生素e這樣的例子一定會層出不窮,“傳統的化學合成生產會產生一些有毒的衍生物,利用合成生物學,不僅成本更低而且更環保和安全。未來,合成生物學一定大有作為?!?/p>

          他還表示,“合成生物學實際就是把產品生產的基因搞清楚以后,‘勸說’某種微生物成長為某一種自然界內并不產生的化合物,使得它具有比天然化合物更優良的效應?!?/p>

          陳國強表示,合成生物學在國外的成果也有很多,最典型的例子是新冠肺炎疫情期間國外研制的mRNA疫苗。其基本原理是通過特定的遞送系統將表達抗原靶標的mRNA導入體內,在體內表達出蛋白并刺激機體產生特異性免疫學反應,從而使機體獲得免疫保護?!霸谛鹿诜窝滓咔橹?,mRNA疫苗技術其實早已經誕生了,但一直沒機會做臨床,因此該技術一直都停留在學術成就領域;面對疫情,這一技術終于可以做臨床,做出來的結果很理想?;趍RNA的技術,未來人類肯定還會發展出各種疫苗、抗癌藥品、抗體等。我覺得,這肯定是目前國外合成生物學中最成功的例子?!标悋鴱娬J為,在中國,一些化合物、藥物的生物合成,單克隆抗體,酵母細胞中染色體的改造等都是合成生物學領域成功的案例。

          “在合成生物學領域,學術成果和創新很多,但應用都需要有契機以及一定時間的積累。mRNA疫苗的研究在國外實際已經持續十幾二十年了,只是一直沒機會上臨床,直到疫情發生?!标悋鴱姼嬖V記者。

          探索與原創:

          “有突破就意味著希望”

          采訪過程中,幾位科學家均強調,科學上的偉大突破未必一定會在應用上取得成功,但都讓人類向著真理更近一步。因此無論未來人工合成淀粉能否產業化落地,科學家都為人類找到了一條嶄新之路。

          “獨創和震撼性的科學突破總是讓人激動的?!瘪剀姼嬖V記者。2018年,覃重軍利用CRISPR技術創造出僅有一條染色體的酵母菌株。這項合成生物學的重大突破在《自然》雜志上發表。

          陳國強表示:“任何一項科學技術從實驗室到工業的轉化,都需要時間和積累,其間也可能會犯很多錯誤。甚至很多科學技術的突破往往只能停留在科研上,并不一定能在短期內在商業上取得成功。我們要把目光放長遠一點,很多技術從實驗室到工廠常常要花幾代人的心血?!?/p>

          他舉例說:“大家現在做核酸檢測利用的就是PCR技術,也叫做聚合酶鏈式反應,之前科學家只知道能在細胞內能實現這樣的反應。直到某一天,一位科學家將這個反應拿到細胞外做,他做成功了,就變成現在的PCR技術,從PCR發現到技術的應用,經歷了50余年的時間,如今整個生命科學領域都在利用PCR技術在做基因擴增、基因克隆?!?/p>

          “只有很少數的科學是發現沒多久就可以應用的。大家應該耐心等待,它畢竟是突破,既然是突破,就能讓我們看到希望。這是很重要的事?!瘪剀姼嬖V記者,“量子力學和相對論從最開始發現到現在已經上百年了,目前應用領域還不算多,但沒有人能夠否認這項科學發現的偉大劃時代意義?!?div class="adEditor">

        【編輯:陳海峰】

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