《魔道祖师——蓝忘机篇》
云深共许一诺人茫茫
不肯忘踏尽前尘事过往
弹一曲问灵空回响
问尽古来世人的痴狂

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【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

省酒泉公路事业发展中心多措并举做好节日期间安全生产工作
国庆佳节之际,为确保安全生产形势稳定,省酒泉公路事业发展中心多措并举,扎实做好节日期间安全生产工作。

阿克塞公路段
该段安全生产领导小组重点对段机关办公楼、综合养护工区、应急库房的用水、用电、防火、防盗情况及消防设施等进行安全排查,特别对办公区域、宿舍等重点部位的用电设备进行检查,确保“人走电断”。同时针对国庆长假期间人、车流动性大的特点,领导小组还对辖养路段路基路面情况、桥涵、沿线交安设施、易发生安全隐患的关键部位进行全面的安全隐患排查。
领导小组通过检查对养护作业人员和应急值班人员提出几点要求:一是养护作业人员要提高安全生产防范意识,在养护作业时,一定要严格规范布置作业安全设施,穿着统一安全服,确保人身安全。二是要加强公路节假日的日常巡查,确保在节假日期间路面平整和公路安全畅通。三是要做好与公安交警等部门联动,做好应急处置准备工作。四是要严格落实节假日期间的值班值守工作,随时做好快速响应、妥善应对、高效处置。

(通讯员:王多奋)

肃州公路段
一是加强领导,落实责任。召开安全生产会议,部署安全生产工作,要求把安全生产工作放到首位,做到“思想上不松懈、措施上不松动、监管上不放松”,坚决牢筑安全防线,从严从细从实抓好各项措施落实,确保安全生产形势稳定。二是广泛宣传,提高认识。充分利用电子屏、横幅、标语、QQ群等形式,广泛开展安全生产知识宣传,提醒广大群众注意用火、用电、用气安全,从思想上时刻绷紧安全生产这根弦,在辖区内营造了良好的安全生产氛围。三是突出重点,集中整治。以部门自查、单位检查相结合的方式深入开展安全隐患排查工作,进行全方位、全过程、不留死角的检查,对在排查中发现的安全隐患,形成问题台账,及时反馈,限时整改。并及时做好“回头看”工作,确保问题整改到位,切实消除安全隐患。四是严格值守,强化应急。严格执行领导干部带班、重要岗位24小时值班制度,加强事故灾情信息核实、上报;认真做好应急准备工作,针对性完善应急预案,摸清掌握应急装备物资,科学安排应急处置力量,确保出现紧急情况科学有效应对处置。

(通讯员:张东海)

敦煌公路段
此次安全隐患排查,主要对办公区、食堂、宿舍、配电室等场所防火防盗、用电用气安全等进行了全面的安全隐患排查,确保安全隐患问题早发现早整改,同时对车机设备,公路巡查开展情况,车载视频监控、手持终端机、便携式PAD、布控球、重点路段视频监控装置等终端设备进行了细致排查,确保能够第一时间发现公路突发事件,第一时间开展指挥调度。同时在排查过程中,要求各应急值班值守点时刻绷紧安全生产弦,严格落实24小时应急值班制度,严禁擅离职守、严禁脱岗漏岗,时刻保持值班电话畅通,准确掌握辖区公路畅通情况,公路巡查人员需加大节假日期间的公路巡查力度,“国庆”节期间坚持每天对辖区公路进行安全巡查,如遇到特殊天气还需加大公路巡查密度和频次,并及时将发现的问题整改和上报,确保公路安全畅通,确保节日期间安全稳定。

(通讯员:程继洲 房未翼)

高速公路养护所
一是对辖养高速公路路面病害、桥梁涵洞、交安设施、长大下坡事故易发多发路段开展隐患排查,针对排查出的隐患下发隐患整改通知书,责令限期整改;二是对单位及各养护项目部办公、生产、生活场所的灭火器、消火栓、用电线路等消防安全进行了检查,确保消防设施状态良好;三是对各养护项目部应急物资及应急抢险设备进行检查,及时补充短缺物资,按时保养应急车机设备,确保应急物资充沛、应急设备状态良好,随时应对突发事件;四是检查“国庆”节期间应急值班落实情况,严格落实24小时值班和领导带班制度,及时、准确、全面的上报各类应急信息。五是各养护项目部节日期间除应急抢险作业外,停止所有养护作业,应急抢险作业要严格按照《道路交通标志和标线》(GB5768.4-2017 作业区)规范布设,同时要坚决落实加固措施,确保作业区安全;六是组织召开高速公路管理部门协同联动会议,联合开展道路巡查、排查安全隐患,落实“国庆”期间各部门保畅职责,确保突发事件处置合理有序。

(通讯员:程明光)

瓜州公路段
一是积极开展道路隐患排查。瓜州公路段组织安全员、技术人员对管养公路的各类桥涵及排水构造物、沿线设施、重点路段等进行了专项排查,确保节日期间道路安全畅通。二是开展办公场所安全隐患排查。对该段办公区域、工区、料场、应急库房、职工宿舍、家属院的用电、用水、防火、防盗、监控及消防设施等进行了全面细致的检查,要求相关人员严格遵守单位规章制度,时刻绷紧安全弦,严守节前安全安全防线。三是严肃节日值班工作纪律。值班人员要严格落实节日期间24小时值班制度,党政主要负责人在岗带班值守,应急值班人员密切关注极端天气信息和道路突发事件,及时发布预警和上报信息。确保信息互通,公路畅通,为群众安全出行提供准确路况信息。四是紧抓疫情防控不松懈。国庆期间,人员流动性加大聚集性活动增多,要求全体职工切实提高新冠肺炎疫情防控意识,在做好个人防护措施的同时向家属亲戚朋友做好疫情防控宣传工作。并要求在节日期间,不得前往疫情地区,确需外出人员必须办理外出报备手续。

(通讯员:王燕燕)

后勤服务中心
一是对办公楼上、下水管,各楼层卫生间等部位进行逐一检查,对发现的“跑、冒、滴”现象及时维修疏通,同时对局机关各办公室用电情况进行排查,提醒工作人员做好放假前断电和节日期间防盗工作。二是对办公楼内消火栓、灭火器、应急照明设备等消防设施设备的运行情况进行了逐个排查,确保消防设施设备均处于良好运行状态。三是对办公楼配电室、发电机房内应急发电设备进行了调试检查,确保节日期间供电设施的运转正常有序。四是对职工食堂然气管道、阀门等关键部位进行了安全排查,确保职工食堂各项安全措施到位。五是要求门卫值班人员进一步强化日常巡查管理,严格执行24小时值班制度,切实做到安全保障有力、到位。

(通讯员:杨振东)

金塔公路段
国庆将至,金塔胡杨林旅游旺季即将到来,随着过往车辆增多,养护保畅任务逐渐加重,为妥善做好十一长假迎客准备,打造畅安舒美的出行环境,确保道路畅通安全无虞,9月29日,金塔公路段开展了节前安全大检查。此次重点检查了道路沿线交安设施是否完好无损、排查了桥梁、涵洞,更换了破损及不清楚的标志牌等,检查还重点关照了新地停车区及3A旅游公厕的消防、用水、用电、卫生及防疫问题,确保尽可能为过往行人提供便利、让广大司乘人员满意。

(通讯员:孙丽丽)

玉门公路段
召开第四季度安全生产工作会,对安全生产工作进行了安排部署,一是强化职工安全知识培训,提高安全责任意识,做到安全生产警钟长鸣;二是做好冬季应急物资保畅准备工作,打好有准备之战;三是做好应急值班值守工作,做到信息报送及时、准确;四是做好常态化疫情防护工作,节日期间出省人员要及时向相关人员报备,强调中高风险地区坚决不去。

(通讯员:乔奇琛)

马鬃山公路段
一是对各场所消防设施是否运行正常进行了逐一排查,对办公室、宿舍等重点场所的电气线路、电器设施进行了细致排查,严防节假日期间发生电气火灾和触电等安全事故;二是对车机设备的运行状况、日常维修养护记录等进行了查看,确保车机设备性能良好,运行正常。三是对桥湾料场围栏和监控系统进行了例行排查。对检查中发现的不足之处,现场提出了整改措施,确保各项安全工作有序开展。

(通讯员:唐志科)

甘肃省酒泉公路事业发展中心


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