我國科學(xué)家在人工合成糖技術(shù)上邁出關(guān)鍵一步。日前從中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所獲悉，該所成功構(gòu)建了靈活性、高效性及多功能性的人工生物系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多種己糖從頭精準(zhǔn)合成，解決了糖分子立體結(jié)構(gòu)可控的難題，為擺脫自然合成途徑、利用二氧化碳創(chuàng)造多樣的糖世界提供了可能。該研究成果是于8月16日發(fā)表在國內(nèi)期刊《科學(xué)通報(bào)》上。

　　此次研究成果由中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所與大連化學(xué)物理研究所科研團(tuán)隊(duì)歷時(shí)兩年多攻關(guān)完成。

　　糖是人類生命活動(dòng)及日常生活中的重要物質(zhì)，也是當(dāng)今工業(yè)生物制造的關(guān)鍵原材料。己糖是在自然界廣泛分布、與機(jī)體營養(yǎng)代謝最為密切的糖的統(tǒng)稱。迄今為止，人類對(duì)糖的獲取主要依賴于植物類生物質(zhì)資源。然而，這種傳統(tǒng)的“二氧化碳-生物質(zhì)資源-糖”的加工過程，受到植物光合作用能量轉(zhuǎn)換效率限制；更重要的是，由于土地退化和短缺、生態(tài)系統(tǒng)退化、全球變暖導(dǎo)致的極端天氣和自然災(zāi)害，使依賴于糖類生物質(zhì)資源的生產(chǎn)方式面臨著原料供應(yīng)的安全和風(fēng)險(xiǎn)。

　　為解決這一系列問題，需要將傳統(tǒng)制糖過程向非糖類生物質(zhì)資源制造模式轉(zhuǎn)變。該研究成果則通過構(gòu)建靈活性、高效性及多功能性的人工生物系統(tǒng)，提供了一種靈活的、可拓展的糖制造模式，并已經(jīng)獲得了自然界含量稀少的功能糖分子，實(shí)現(xiàn)了多種己糖從頭精準(zhǔn)合成。

　　據(jù)研究人員介紹，他們開發(fā)的人工轉(zhuǎn)化二氧化碳從頭精準(zhǔn)合成糖技術(shù)，是基于碳素縮合、異構(gòu)、脫磷等酶促反應(yīng)，設(shè)計(jì)構(gòu)建化學(xué)-酶耦聯(lián)的非天然轉(zhuǎn)化途徑，工程化設(shè)計(jì)改造酶蛋白分子的催化特性，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)控制合成不同結(jié)構(gòu)與功能的己糖，其碳轉(zhuǎn)化率高于傳統(tǒng)植物光合作用，同時(shí)高于已報(bào)道的化學(xué)法制糖以及電化學(xué)-生物學(xué)耦聯(lián)的人工制糖方法，是目前人工制糖路線中碳轉(zhuǎn)化效率的最高水平。與此同時(shí)，建立了可進(jìn)一步延伸糖產(chǎn)物種類和構(gòu)型的生物系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)人工創(chuàng)造糖分子多樣性。

　　值得一提的是，整套實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時(shí)長約為17小時(shí)，與通過種植甘蔗等農(nóng)作物提取糖分的傳統(tǒng)方式相比，糖的獲取時(shí)長實(shí)現(xiàn)了從“年”到“小時(shí)”的跨越。同時(shí)，此次糖合成的效率為0.67克每升每小時(shí)，比已知成果提高10倍以上。葡萄糖的碳固定合成效率達(dá)到每毫克催化劑每分鐘59.8納摩爾碳，是目前已知的國內(nèi)外人工制糖最高水平。

　　研究人員表示，這一成果所獲得糖不僅可作為原料應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，合成的葡萄糖等糖分子還可以作為工業(yè)生物制造關(guān)鍵原材料合成其他化學(xué)品，滿足人類其他物質(zhì)需求，從而為負(fù)碳物質(zhì)合成提供原料供給。

　　國際著名有機(jī)化學(xué)家、生物催化領(lǐng)域?qū)＜?、德國科學(xué)院院士曼弗雷德·雷茨對(duì)該成果評(píng)價(jià)稱，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物是一個(gè)特別有趣的想法，也是非常具有挑戰(zhàn)的。成果在這一競爭性研究領(lǐng)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(xué)打開了一扇門。

　　“研究成果實(shí)現(xiàn)了人工精準(zhǔn)合成己糖技術(shù)路線突破，但距離工業(yè)化生產(chǎn)還有很長的路要走，仍需要解決相關(guān)科學(xué)與工程技術(shù)問題?！?研究人員同時(shí)表示。