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 "CO ₂→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。

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 CO ₂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 CO ₂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。

△增强果糖 -6- 磷酸酶活性

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（Δ G ° = – 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。

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%3Dihub

参考链接：

https://www.tjng.gov.cn/system/2024/04/22/030040320.shtml

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