我國科學家在人工合成糖技術上邁出關鍵一步。日前從中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所獲悉，該所成功構建了靈活性、高效性及多功能性的人工生物系統(tǒng)，實現(xiàn)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(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《科學通報》上。

　　此次研究成果由中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所與大連化學物理研究所科研團隊歷時兩年多攻關完成。

　　糖是人類生命活動及日常生活中的重要物質(zhì)，也是當今工業(yè)生物制造的關鍵原材料。己糖是在自然界廣泛分布、與機體營養(yǎng)代謝最為密切的糖的統(tǒng)稱。迄今為止，人類對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、全球變暖導致的極端天氣和自然災害，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的安全和風險。

　　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，實現(xiàn)了多種己糖從頭精準合成。

　　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合成糖技術，是基于碳素縮合、異構、脫磷等酶促反應，設計構建化學-酶耦聯(lián)的非天然轉(zhuǎn)化途徑，工程化設計改造酶蛋白分子的催化特性，實現(xiàn)了精準控制合成不同結構與功能的己糖，其碳轉(zhuǎn)化率高于傳統(tǒng)植物光合作用，同時高于已報道的化學法制糖以及電化學-生物學耦聯(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，建立了可進一步延伸糖產(chǎn)物種類和構型的生物系統(tǒng)，可實現(xiàn)人工創(chuàng)造糖分子多樣性。

　　值得一提的是，整套實驗反應時長約為17小時，與通過種植甘蔗等農(nóng)作物提取糖分的傳統(tǒng)方式相比，糖的獲取時長實現(xiàn)了從“年”到“小時”的跨越。同時，此次糖合成的效率為0.67克每升每小時，比已知成果提高10倍以上。葡萄糖的碳固定合成效率達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用于食品、醫(yī)藥等領域，合成的葡萄糖等糖分子還可以作為工業(yè)生物制造關鍵原材料合成其他化學品，滿足人類其他物質(zhì)需求，從而為負碳物質(zhì)合成提供原料供給。

　　國際著名有機化學家、生物催化領域?qū)＜?、德國科學院院士曼弗雷德·雷茨對該成果評價稱，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物是一個特別有趣的想法，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。

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