「科技前沿」我科學家實現二氧化碳到糖的精準全合成

【科技前沿】

光明日報訊（記者齊芳）8月17日，記者從中國科學院天津工業生物技術研究所了解到，該研究所成功構建了靈活性、高效性及多功能性的人工生物系統，實現了多種己糖從頭精準合成，解決了糖分子立體結構可控的難題，為擺脫自然合成途徑、利用二氧化碳創造多樣的糖提供了可能。

糖是人類生命活動及日常生活中的重要物質,也是工業生物制造的關鍵原材料。迄今為止，糖主要是“種”出來的——人類對糖的獲取主要依賴于植物類生物質資源。然而，傳統的“二氧化碳—生物質資源—糖”的加工過程，受植物光合作用能量轉換效率限制，生產方式也面臨著原料供應安全和風險等問題。而化學制糖方法轉化效率比較低，人們總對化學制糖有各種憂慮。因此，科學家們一直希望能通過生物方法“制造”出糖——這就是非糖類生物質資源制造。

該成果的主要完成人、中國科學院天津工業生物技術研究所副研究員楊建剛介紹，己糖是在自然界廣泛分布、與機體營養代謝最為密切的糖的統稱。“我們開發了人工轉化二氧化碳從頭精準合成糖技術，基于碳素縮合、異構、脫磷等酶促反應，與中國科學院大連化學物理研究所科研團隊合作，設計構建化學-酶耦聯的非天然轉化途徑，工程化設計改造酶蛋白分子的催化特性，實現了精準控制合成不同結構與功能的己糖，其碳轉化率高于傳統植物光合作用，同時高于已報道的化學法制糖以及電化學-生物學耦聯的人工制糖方法，是目前人工制糖路線中碳轉化效率的最高水平。與此同時，建立了可進一步延伸糖產物種類和構型的生物系統，可實現人工創造糖分子多樣性。”

這一研究成果顛覆了依賴糖生物質資源轉化制備復雜糖分子的范式，提供了一種靈活的、可拓展的糖制造模式，可獲得自然界含量稀少的功能糖分子，從而拓展應用范圍。所獲得糖可作為原料應用于食品、醫藥等領域，還可作為工業生物制造關鍵原材料合成其他化學品，進一步滿足人類的其他物質需求，從而為負碳物質合成提供原料供給。德國科學院院士曼弗雷德·雷茨評價，該成果在這一競爭性研究領域取得了真正突破，提供了一種靈活性、多功能性和高效性糖合成路線，為綠色化學打開了一扇門。

中國科學院天津工業生物技術研究所所長馬延和表示，這一研究成果實現了人工精準合成己糖技術路線突破，但距離工業化生產還有很長的路要走，仍需要解決相關科學與工程技術問題。

《光明日報》（2023年08月18日 08版）

來源：光明網-《光明日報》