【科技前沿】我科学家实现二氧化碳到糖的精准全合成

  【科技前沿】 

  本报讯（记者齐芳）8月17日，记者从中国科学院天津工业生物技术研究所了解到，该研究所成功构建了灵活性、高效性及多功能性的人工生物系统，实现了多种己糖从头精准合成，解决了糖分子立体结构可控的难题，为摆脱自然合成途径、利用二氧化碳创造多样的糖提供了可能。

  糖是人类生命活动及日常生活中的重要物质,也是工业生物制造的关键原材料。迄今为止，糖主要是“种”出来的——人类对糖的获取主要依赖于植物类生物质资源。然而，传统的“二氧化碳—生物质资源—糖”的加工过程，受植物光合作用能量转换效率限制，生产方式也面临着原料供应安全和风险等问题。而化学制糖方法转化效率比较低，人们总对化学制糖有各种忧虑。因此，科学家们一直希望能通过生物方法“制造”出糖——这就是非糖类生物质资源制造。

  该成果的主要完成人、中国科学院天津工业生物技术研究所副研究员杨建刚介绍，己糖是在自然界广泛分布、与机体营养代谢最为密切的糖的统称。“我们开发了人工转化二氧化碳从头精准合成糖技术，基于碳素缩合、异构、脱磷等酶促反应，与中国科学院大连化学物理研究所科研团队合作，设计构建化学-酶耦联的非天然转化途径，工程化设计改造酶蛋白分子的催化特性，实现了精准控制合成不同结构与功能的己糖，其碳转化率高于传统植物光合作用，同时高于已报道的化学法制糖以及电化学-生物学耦联的人工制糖方法，是目前人工制糖路线中碳转化效率的最高水平。与此同时，建立了可进一步延伸糖产物种类和构型的生物系统，可实现人工创造糖分子多样性。”

  这一研究成果颠覆了依赖糖生物质资源转化制备复杂糖分子的范式，提供了一种灵活的、可拓展的糖制造模式，可获得自然界含量稀少的功能糖分子，从而拓展应用范围。所获得糖可作为原料应用于食品、医药等领域，还可作为工业生物制造关键原材料合成其他化学品，进一步满足人类的其他物质需求，从而为负碳物质合成提供原料供给。德国科学院院士曼弗雷德·雷茨评价，该成果在这一竞争性研究领域取得了真正突破，提供了一种灵活性、多功能性和高效性糖合成路线，为绿色化学打开了一扇门。

  中国科学院天津工业生物技术研究所所长马延和表示，这一研究成果实现了人工精准合成己糖技术路线突破，但距离工业化生产还有很长的路要走，仍需要解决相关科学与工程技术问题。