明敏 发自 凹非寺
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真不是科幻电影，不用经过任何细胞，能实现“二氧化碳制糖”了。
就在最近，中国科学院天津工业生物技术研究所提出一项新技术，首次通过构建体外转化系统，打通了“CO₂→甲醇→蔗糖”这一合成路径。
这事儿马上引发全网围观，央视已火速报道。
人类通常获取蔗糖的途径，就是种地——种甘蔗、甜菜，因为只有通过植物的光合作用、依靠叶绿体才能合成葡萄糖。
这个过程有多麻烦不必多说，效率也低，需要适宜的土地气候，还要等作物长好了才能收割提炼。
我国科学家提出的新方法，相当于绕过了植物光合作用，让人类也能从空气中获取原料完成制糖。
展开剩余84%而且消耗能量也比植物自然合成路径低，只需2 ATP/蔗糖，自然路径需要37 ATP/蔗糖。
转化效率达到86%，产率为5.7 gL-1。
这对于人类解决当前两大难题——全球变暖、粮食危机——都有很好的启发意义。
围观网友进一步脑洞大开：
人类迈向深空的吃饭问题有解了。
蔗糖、淀粉都能高效合成
本项研究核心构建了一个体外生物转化平台（ivBT），能够将C1-C3低碳小分子（甲醇、甲醛和二羟基丙酮）转化为高阶碳水化合物（碳数 Cn ≥ 12），包括蔗糖、淀粉和纤维低聚糖（COS）。
核心转化过程可以分为2步。
第一步是前提步骤，将CO₂转化为C1原料，这部论文直接引用了现有技术。
此前中科院大连化学物理研究所已经提出通过电化学还原的方式将CO₂固定合成甲醇，这个过程也被誉为制造“液态阳光”。
第二步则是将C1小分子通过viBT系统转化为蔗糖。
研究团队设计了一个低ATP消耗、热力学有利的合成模块，并对两个关键酶（蔗糖合酶与果糖-6-磷酸酶）进行了工程改造，使其催化效率提高了3–71倍。
具体如下：
首先通过使用酒精氧化酶、过氧化氢酶将甲醇氧化为甲醛，用formolase（FLS-M3）将甲醛聚合成DHA（三碳）。
然后通过酶级联反应，将DHA转化为果糖（六碳）。
最后通过改造的蔗糖合酶，将果糖+UDP-Glucose合成蔗糖（十二碳）。
整体流程中ATP消耗仅为2 ATP/蔗糖（远低于自然植物路径），蔗糖产量为10.8 mmol L⁻¹（~3.7 g/L），比传统途径节能约85%。
在此基础上，研究团队还进一步使用amylosucrase（AkAS）催化蔗糖聚合生成无引物（primer-free）淀粉。
AkAS将蔗糖转化为直链淀粉，进一步加入分支酶GBE生成支链淀粉。全过程不依赖天然淀粉引物，热力学更加有利、反应容易发生（ΔG° = –40.2 kJ/mol）。
最终，从甲醇出发，淀粉产量可达4.3 g/L，效率高于现有方法。
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同理，从C1也能直接合成纤维低聚糖。这是传统上需要从植物纤维降解的糖，现在可以直接合成了。
把农田种植变成车间制造
本项研究由中国科学院天津工业生物技术研究所带来，马延和领衔。
他们团队长期以来做的事，就是把农田种植的玉米、大豆，能够在“车间”里合成出来，农业工业化一条龙。
如果如果这条路线能够成功，我们可能主粮、主要作物不用种。
原料是二氧化碳，产品可以是蔗糖、淀粉、蛋白质等。
要知道这些物质的真正制造者是绿色植物，也只有绿色植物的光合作用可以产生。
该团队做的事是要让人类能够模拟植物系统几亿年进化而来的系统。
去年，该团队的“空气变馒头”成果登上Science，首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成（也是和大连化物所合作）。
马延和表示，这一系列研究能带来的直接改变包括节约土地耕地、淡水，减轻农业压力，还提供了一个非常可靠的渠道去消纳二氧化碳。
可能打个不恰当的例子，吃大米饭的人类呼出的二氧化碳，又能变成蔗糖淀粉？真的有点神奇啊。
论文地址：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095927325004967?via=ihub
参考链接：
https://www.tjng.gov.cn/system/2024/04/22/030040320.shtml
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