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津濱海訊（記者 單毅 朱紹祥 報道 王鼎鑫 攝影）記者從位于天津港保稅區(qū)的中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所（簡稱：天津工業(yè)生物所）獲悉，該所成功構(gòu)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(jié)構(gòu)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。研究成果于8月16日選擇在國內(nèi)頂尖刊物《Science Bulletin（科學(xué)通報）》發(fā)表。

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(guān)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；最重要的是，由于土地退化和短缺、生態(tài)系統(tǒng)退化、全球變暖導(dǎo)致的極端天氣和自然災(zāi)害，依賴于糖類生物質(zhì)資源的生產(chǎn)方式面臨著原料供應(yīng)安全和風(fēng)險等問題。為解決這一系列問題，需要將這種傳統(tǒng)制糖過程向非糖類生物質(zhì)資源制造模式轉(zhuǎn)變。

據(jù)介紹，天津工業(yè)生物所開發(fā)的人工轉(zhuǎn)化二氧化碳從頭精準合成糖技術(shù)，基于碳素縮合、異構(gòu)、脫磷等酶促反應(yīng)，與中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所科研團隊合作，設(shè)計構(gòu)建化學(xué)-酶耦聯(lián)的非天然轉(zhuǎn)化途徑，工程化設(shè)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(jié)構(gòu)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(xué)法制糖以及電化學(xué)-生物學(xué)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(gòu)型的生物系統(tǒng)，可實現(xiàn)人工創(chuàng)造糖分子多樣性。

該研究成果是在二氧化碳合成淀粉基礎(chǔ)上的一個重大突破，顛覆了依賴糖生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化制備復(fù)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(yīng)用范圍。所獲得糖可作為原料應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，還可作為工業(yè)生物制造關(guān)鍵原材料合成其他化學(xué)品，進一步滿足人類的其他物質(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(xué)家，生物催化領(lǐng)域?qū)＜?，德國科學(xué)院院士Manfred T. Reetz（曼弗雷德·雷茨）就本成果評價稱，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(lǐng)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(xué)打開了一扇門。

“這一成果所獲的糖可作為原料應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，將緩解人口日益增長對糖需求的壓力?！蔽恼碌谝蛔髡邨罱▌偢毖芯繂T介紹，合成的葡萄糖等糖分子還可以作為工業(yè)生物制造關(guān)鍵原材料合成其他化學(xué)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。據(jù)介紹，研究成果實現(xiàn)了人工精準合成己糖技術(shù)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(guān)科學(xué)與工程技術(shù)問題。

據(jù)了解，天津工業(yè)生物所作為我國工業(yè)生物技術(shù)創(chuàng)新的國家隊和主力軍，正在積極推動國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心和中國合成生物產(chǎn)業(yè)知識產(chǎn)權(quán)運營中心建設(shè)。截至2022年年底，天津工業(yè)生物所專利申請總量已達1292件，有效授權(quán)專利總量達614件，其中，發(fā)明專利占比達98.2%；專利運營總量達293件，有效專利運營率達44.5%。

生物制造產(chǎn)業(yè)鏈是天津港保稅區(qū)重點打造的四條標志性產(chǎn)業(yè)鏈之一，保稅區(qū)依托科研機構(gòu)研發(fā)資源優(yōu)勢，不斷做強食品制造、生物基材料制造等優(yōu)勢領(lǐng)域。同時，生物制造是保稅區(qū)“十四五”期間圍繞科技自立自強國家戰(zhàn)略需要，培育發(fā)展自主創(chuàng)新引領(lǐng)的四大未來產(chǎn)業(yè)集群之一，保稅區(qū)將著眼生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，堅持“創(chuàng)新引領(lǐng)、特色集聚、平臺帶動”路徑，重點發(fā)展合成生物領(lǐng)域，做大做強生物醫(yī)藥、醫(yī)療器械等重點領(lǐng)域，積極發(fā)展防護用品領(lǐng)域，打造生物制造谷，推動生物制造產(chǎn)業(yè)集群化、全鏈條、高質(zhì)量發(fā)展，打造具有國際競爭力的生物制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心和產(chǎn)業(yè)發(fā)展新高地。