【人工合成淀粉:迷宫寻途2000天】2015年初,还在国外访问交流的蔡韬接到了马延和的电话:“未来所里计划做人工合成淀粉的项目,凭空制造。”

“凭空制造?这可能吗?”他有点惊讶。

6年后,他们把不可能变成了现实。中国科学院天津工业生物技术研究所(以下简称中科院天津工业生物所)通过复杂代谢途径的从头设计与精准调控,在国际上首次实现电/氢能驱动二氧化碳从头合成淀粉。9月24日,这一研究成果于《科学》在线发表。

图:实验人员在做淀粉遇碘显色试验。 倪思洁摄

△ 从0到1 从无到有

淀粉作为一类重要的高分子碳水化合物,为人类生存提供了所需的热量。1万多年来,农业种植都是生产淀粉的唯一途径。

可植物光合作用的能量效率低、生长周期长,为了应对粮食安全问题,科学家探索出了杂交育种、模块育种、分子育种等办法,还建立了人工光合系统。

“但这些都没有脱离植物本身的固碳模式。就像是跑得再快,本质上还要依靠双脚。能不能跳出这个模式,造一辆汽车呢?”中科院天津工业生物所所长、人工合成淀粉项目首席科学家马延和说。

与此同时,我国的二氧化碳减排压力巨大,而以二氧化碳为原料合成所需物质是摆在所有科学家面前的一道难题。

“利用二氧化碳合成淀粉”,一听说这个项目,即便是领域内的知名专家也纷纷摇头,“植物的光合作用已存在十几亿年,至今还未完全弄清楚系统机制,你们能从头合成”?

大家的质疑不无道理,这是从没有人做过的事,翻遍所有文献库,也找不到任何关于合成路径、研究方法的线索。

2018年7月24日下午,中科院天津工业生物所副研究员、人工合成淀粉项目经理蔡韬在实验室楼上的会议室里,准备参加中科院重点项目阶段评审会。自立项以来,他和同事已试验了两年多,尝试了无数次,但都以失败告终,眼看着为期3年的项目就要完结,他们的压力积攒到了最大值。

3点多钟,蔡韬接到了实验室技术员乔婧发来的一张照片。照片中并排的3个试剂管,中间的碘溶液呈淡淡的蓝紫色,与左右两边的无色和深蓝色状态对比明显。

“两边的是对照组,中间的是最新一次的试验结果,与碘溶液反应变蓝。”乔婧说。

蔡韬立即打电话确认,得到肯定的回复后,仍不放心,一路小跑至实验室,直到亲眼见到试剂管,他才抑制不住地喊道,“太好了!太好了!我汇报时终于可以说‘制造路径全线打通’。”

技术员孙红兵记得,那天大家都很开心,蔡老师一改往日的严肃,脸上挂满了笑容。

“相当于长征路上的遵义会议。”“那真是我见过最美的颜色。”蔡韬对《中国科学报》记者说。

至此,人工合成淀粉正式迈出了“从0到1”的一步,人类对于生命科学的认知边界又拓宽了一点。

△ 迷宫寻途 从有到优

成功的喜悦抹平了此前所有的遗憾,以至于他们在讲述研究历程时,会下意识地将前期困难一笔带过。

可最初接到这一项目时,就连他们自己都不相信能做出来。自然反应中,淀粉合成与积累涉及约60步代谢反应和细胞器间运输,在工业生产中,必须将其简化,又必须保证所有反应的充分和精准。

因此,如何将农业中复杂的合成途径简化为工业生产所需的简单合成途径,是人工合成淀粉面临的最大挑战。

经过计算机算法挖掘和筛选,研究人员在起点二氧化碳和终点淀粉之间,最终锁定了30条可能的路径,每一条包含9~12步重要反应。

每一条可能的路径都是一座“迷宫”。他们就处在每座首尾相连、层层嵌套的迷宫入口。每一座迷宫中又有数个“关卡”,也就是生化反应,想要过关,必须寻找到相应的“钥匙”,即能催化反应的特定的酶。

等到好不容易通关时,往往还是见不到淀粉。毕竟可能的路径有30条,只有走对了唯一的一条,才算成功。

“这些被看作‘钥匙’的酶可能存在于自然界中,也可能并不存在,需要重新设计。最难的是,不同于‘一把钥匙开一把锁’,同一个酶能催化多个反应,但又会带来‘副作用’。”蔡韬说。

6年中,有近一半的时间,他们都卡在这些不同的路径里,有时找不到高效催化反应的酶;有时酶会优先和前面的底物反应,而后面的底物无酶可用;有时只能走通某一部分。

为了通过迷宫中的层层关卡,蔡韬等人与十几个课题组合作。“一个团队力量有限,希望能找到细分领域里最专业的人来合作。”他说。

那时的孙红兵、乔婧都变得异常敏感,她们怀疑自己做的每一个步骤。“可能是溶液加错、剂量没看准,是自己犯了低级错误”。可每一次重复后,她们不得不面对的事实是,操作没有错误,这条路行不通。

“与课题组同时进行多个课题不同,我们是项目制管理,6年中只有这一个项目,所以无论遇到什么都不会放弃。”蔡韬说,“最坏的结果就是失败,科研中的失败再正常不过,大不了从头再来。”

一次,蔡韬外出交流,会上有位科学家提出“利用二氧化碳电/氢还原合成甲醇”。“听到这个思路的一瞬间,我打了个激灵,脑子像通了电一样。我们是不是能以此为鉴,先将二氧化碳转化成甲醇,再将甲醇合成淀粉?”他说。

后来,便有了那张碘溶液呈淡蓝色的照片。

9月15日,《中国科学报》记者在中科院天津工业生物所看到,蔡韬手持一个15毫升的离心管,里面装有大半管的白色粉末,他介绍,“这是利用二氧化碳合成的第一管淀粉,与植物提取淀粉一模一样。”

如果说2018年他们完成了“从无到有”,那么从2018年至今,他们实现了“从有到优”。

△ 走出迷宫 探寻未知

在人工合成淀粉的试验中,蔡韬要找“最简单的路径”,在生活中,他也是如此。从家里到研究所,通常他会选择转弯最少、红绿灯最少的那一条路,慢慢地走。“这条路最直,行人也少,便于专心思考问题。”他说。

在孙红兵看来,蔡老师太想做成了,他满脑子都是项目,只要讨论试验,他的双眼便会立刻亮起来,声调也变得丰富。

“最让我感动的是,为了让我们专心试验,他会铺好所有的路,大到试验设计、与其他合作者沟通试验技术,小到买三角瓶、试剂管,6年来的每一天,他一刻都不愿耽搁。”孙红兵告诉《中国科学报》。

也正是如此,他们才能在相对短的时间内,完成对关键酶的定向改造,耦合从二氧化碳到甲醇的化学过程与从甲醇到淀粉的生物过程中反应条件的兼容,最终将合成效率提高130倍。与植物自然生成相比,其碳转化率提高了20~40倍。

实验室的小会议室,见证着他们的每一次讨论与争执,也见证着71页论文文稿的55次修改。

“蔡老师对文稿熟悉到什么程度呢?前几天我们需要查两个单词,单词所在的页数和位置,他脱口而出。”孙红兵说。

有一次,蔡韬改累了躺在床上休息,收到中科院天津工业生物所研究员江会锋发来的一个链接,标题中,他隐约瞥见了二氧化碳、淀粉的字眼,当即从床上弹起来,困意全无,心怦怦地跳,“不会有人已经做出来了吧”,他紧盯着手机加载条,直到看完摘要才长舒一口气,“原来是不同的研究,虚惊一场”。

科学研究令人着迷和残酷之处均在于此,当研究者身陷迷宫,在各个关卡奋力拼搏时,往往不知道领域内有多少位“竞争者”,更无从得知彼此的进度。他们只能逼迫自己快一点,再快一点,因为开拓者的桂冠只属于最先到达的人。

2021年8月,《科学》审稿通过,且不需补做任何试验。审稿专家认为,该工作“是一项里程碑式突破,将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响”。

时隔6年,蔡韬等终于走出了迷宫的弯弯绕绕,来到了更广阔的天地,他是世界上第一个走到这里的人。他很自豪,更重要的是,他想继续往前走,去追求更大、更多的未知。https://t.cn/A6Mfhbc7

#娱乐明星# 《乔家的儿女》白宇唐艺昕甜蜜来袭,朱珠张晚意终成眷属。

沉浸式追剧,《乔家的儿女》又给我等追剧小能手送粮了~

不得不说,这剧的剧情真是如涨潮的海浪般,一波赛一波的高能~

儿女们的人生又发生了翻天覆地的变化,一成离婚再遇项南方,四美怀孕戚成钢出轨,一丁遭遇意外发生重大变故,二强和马素芹终成眷属!

先是大哥终于离婚了,小朗从国外发了一封离婚协议,两人婚姻关系正式结束。

先不要为大哥担心,因为我们爽朗大方的项南方上线了。两人的相处过程中大哥各种浪漫细胞大爆发,用纸和相机为南方打造了一场浪漫的萤火虫之旅。不得不说大哥也是real会呀~

随后两人在医院碰到,大哥又发挥照顾人的技能,对南方既温柔又体贴,细心照顾生病的她。

大哥这样的好男人,我也想拥有一个,可我不够南方优秀呀~5555~

小可爱四美要做妈妈了,虽然贪吃还有点小迷糊,但四美和戚成钢要迎来自己的第一个孩子了。

四美这边喜滋滋迎接新生命,那边戚成钢人也愈发的精神,不仅上交工资,还经常加夜开出租班挣钱,但不知为何却在四美产检的时候因为有大活儿而没有陪同。

有一天四美无意间在戚成钢身上发现了一根头发……虽然咱四美在怀宝宝方面有点迟钝,但这方面却异常敏锐。戚成钢是不是犯了全天下的男人都会犯的错?

四美开始了一系列的检查,用透明胶带检查车内部~不是我说小四美,戚成钢一开出租的,车里有头发不是正常的呀?你到底怎么判断他是不是有问题呀?

然后四美从成钢手机里抄下了电话号码,一个个打过去询问。这些人别说没什么事,就是有什么事也不会告诉你的。

最后四美什么都没有查出来,我们可爱的四美还心怀愧疚,觉得冤枉了戚成钢。

然而终究纸是包不住火的,四美在给老爹爹买膏药的路上终于正面撞见戚成钢出轨,一气之下还害得孩子早产。

电视机前的观众恨得牙痒痒呀,虽然四美也很生气,但是面对戚成钢的发誓保证,四美看着刚刚出生的女儿,最终还是选择了原谅。

四美原就是个对爱情异常执着的人,自己认定的事就会一条道走到黑的~希望未来戚成钢真的能改正,当然也希望四美这个傻姑娘明白,有些人是不值得掏心掏肺的对待的~

三室一厅也面临着新的问题,一丁因为意外遭遇了重大变故,身体留下了后遗症。Wuli一丁也太惨了~

为了不拖累三丽,一丁决定和三丽离婚,自小就懂事坚强的三丽怎么可能同意呢?

因此一丁开始了自己一系列的暴脾气举动,吃饭的时候吼三丽,故意激三丽离开自己。之后又离开了公司,还赌气回到老宅,可是王一丁妈怎么能像三丽一样包容一丁呢?

王母一心只为小儿子一宁着想,心心念念一丁的赔偿金,最后在王母的不懈追问之下,一丁第一次反抗,拒绝母亲的要求,然后同意了三丽之前的建议,开一间修理铺自立门户,两人和好。

一丁呀,你要是早这么反抗的话,三丽也不用受那么多气了。不过也正因为婚姻前期的摩擦,才能让我们感觉到婚姻当中两人相互扶持、共同前进的可贵。三室一厅真正诠释了什么才是患难与共,风雨同舟~

二强虽然离婚了,也和师父重逢了,但两人的事却遭到了老爹爹的强烈反对。想也能理解老人还是比较传统在意面子的,那个年代娶一个大龄离异还带孩子的女人,是免不了被邻居指指点点的。

但二强心意已决,不仅天天给师父送吃的,还经常去师父店里帮衬,但却始终没有迈出最关键性的一步。后来一丁出事之后,四美感慨世事无常,就鼓励二强勇敢追爱。

(不得不说,我们的四美真是人美心善~二强,以后一定要常给四美做红烧肉吃~)

所以那个暴雨天,师父屋里积了一尺多高的水,二强赶去帮忙,之后就向师父求了婚~

不过师父体谅二强的难处,说就这样一起生活也行,不一定非要领证,到时候二强后悔的时候随时可以离开。呜~师父太为二强着想了~

但我们从小就温柔善良的二强,怎么可能这样委屈师父,他拒绝了师父的要求,不仅要领证,还送了结婚戒指,这是二强对师父的尊重。我们二强太让人感动了,真汉子!

而此时的玲子也从上海回来,决定和七七离婚。看来年少时的冲动注定不能长久呀~

不过两人虽然离婚,却因为有孩子小芝的存在,成了一种胜似亲人的关系。玲子临走之前还劝诫七七,要长个心眼,不要再被别人骗了。

人的情感哪能用一两句话就说清楚的,也不是仅凭是非黑白就能判断的,曾经相爱的人体面分开,心存祝福就已经是很好结局了~

所以看来看去,这部剧最能让人感受到的还是家人的重要性~世事总无常,身边的人来来去去,但一家人始终都在一起,这就够了~

家长里短,烟火气十足,接下来还会发生什么样的故事呢?一成能够和南方开启下一步的人生之旅吗?四美最终会和戚成钢离婚吗?三丽和二强能否就这样幸福美满地生活下去?来浙江卫视、江苏卫视、腾讯视频大家一起追剧吧~

【婚前协议:先把丑话说完再结婚,你愿意吗?】他在一家科技公司从事编程工作,薪资丰厚,之后自立门户,成立公司开发出国际长途电话手机软件WePhone;她毕业于知名学府,是同学口中的“理想女友”,年轻,聪明,漂亮。
苏享茂和翟欣欣在一个相亲网站上相识,两人的爱情龙卷风一样轰轰烈烈,之后喜结连理。https://t.cn/RWksGQ9


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