【文章概述】

淀粉是食品和动物饲料的主要热量成分，也是重要的工业原料。淀粉在绿色植物中的合成涉及大约60个步骤和复杂的调节。尽管已经做了很多努力来提高植物中淀粉的产量，但光合作用的低效和淀粉生物合成的复杂性是影响淀粉合成的障碍。相比之下，合成生物学的进步使设计和构建更有效的CO₂固定和化学生产的合成系统成为可能。结合光合作用的核心原理，超凡的化学催化剂若被开发出来，可以在不依赖于植物光合作用的新途径下，将二氧化碳转化为淀粉，这将是当今世界的一项重大颠覆性技术。此前，多国科学家积极探索，但一直未取得实质性重要突破。

【成果简介】

中国科学院天津工业生物技术研究所马延团队开发了一个化学-生化杂交途径，从二氧化碳(CO₂)和氢在无细胞系统合成淀粉。通过计算设计和由11个核心反应组成的人工淀粉合成代谢途径(ASAP)，并通过模块组装和替代建立了人工淀粉合成代谢途径。在氢的驱动下，ASAP以每分钟22纳米摩尔的速度将CO₂转化为淀粉，这比玉米中淀粉的合成速度高出8.5倍。经过核磁共振等检测证明，人工合成淀粉分子与天然淀粉分子的结构组成一致。这种方法为未来利用二氧化碳化学-生物杂交合成淀粉开辟了道路。该技术符合奇材馆理念，后续开发值得期待！

【图文导图】

图1 人工淀粉合成途径的设计和模块组装

图2解决 ASAP 中的主要瓶颈。

(A) 从DHA到淀粉的部分ASAP途径，其中指出了瓶颈和关键中间体和产品的颜色。

  (B-C) ATP和ADP对fbp和fbp-AR的抑制作用。

  (D) 通过具有不同fbp变体的途径从25mMDHA 产生G-6-P。

(E) C3a模型中的组分对 Cnb 模型的抑制。

  (F) 由25mMDHA和10mMG-6-P在竞争系统中产生的DHAP和淀粉（在葡萄糖中）的比例，包括dak和Cnb模块，具有不同的agp变体。

(G) 通过部分ASAP从25 mM DHA生产淀粉（在葡萄糖中）。

图3 由CO₂经ASAP合成淀粉示意图。

(A) (下)从CO₂合成淀粉的化学酶促级联反应的时间过程。

 (上)关键中间体和淀粉在时间进程中的变化。

 (B) 碘处理后合成直链淀粉和支链淀粉的吸收光谱分析。

 (C-D) 标准(STD)和合成(SYN)直链淀粉和支链淀粉1H核磁共振谱。

【奇材馆点评】

读完这篇文章，深深的对本论文的研究者竖起大拇指，这项由二氧化碳到淀粉技术生产技术是工业生产的福音，在未来，如果该技术的生产成本可以把成本降低到比农业种植还经济实惠，那么将会节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农作物生产过程中农药、化肥的使用。提高人类粮食安全水平的同时，也促进碳中和的生物经济发展，推动形成可持续的生态环境。未来可期！

【论文信息】

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