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淀粉和蛋白质虽然可以人工合成了,但地还是得老老实实种—— “人造粮食”上餐桌还有待技术突破
2022-08-06

最近,我国科研人员在一个多月时间里,实现了人工合成淀粉和人工合成蛋白质技术的重大原创性突破,随着两则消息被媒体的全面解读,公众在为我国科学家欢呼的同时,也纷纷戏称“靠喝西北风活着”终于成真了。

事实上真是如此吗?“从实际成果来看,人工合成的淀粉和蛋白质跟传统的淀粉和蛋白质没有什么不同,如果技术成熟,确实可以实现不用种地就产出人体或动物所需的营养成分。”国科农研院研究馆员、中国科普作家协会会员汤波在接受科普时报记者采访时提醒道,但很多人工合成技术由于效率和成本的原因,目前还只能停留在实验室阶段,实现产业化还有相当长的一段路要走。

淀粉是人类米面等主食中最主要的成分,从中国科学院天津工业生物技术研究所取得的二氧化碳人工合成淀粉成果来看,这一技术产业化最大的阻碍是,要与天然淀粉生产效率和成本接近,难度非常大。

汤波认为,目前依靠合成技术解决粮食需求还不太现实。“相对而言,人工合成饲料蛋白技术的产业化基本不存在障碍。这一成果可将工业废气转化为饲料蛋白和乙醇,既有利于解决了废气污染问题,又有助于解决饲料蛋白和能源短缺问题,在护航国家粮食安全和实现可持续发展上有着重要意义。”

其实,公众对这一技术的理想化解读也无可厚非。毕竟,从无机物到有机物的转变,一直是借助植物光合作用的自然生成过程。人工合成淀粉和蛋白质,等于是第一次用工业化的方式解决了无机物向有机物的转化过程。这一技术给人最大的惊喜就是成功打破了资源约束瓶颈,理论上是可以在地点、时间和气象等条件不受限的情况下生产需求量巨大的淀粉和蛋白质,这是自然转换无法做到的。

“人工合成技术是科学家在充分了解蛋白质、淀粉等物质的自然合成途径之后,对自然合成途径的合理改进,安全性得到了充分的验证。”汤波表示,从技术角度来看,这两种合成是两项完全不同的技术。人工合成淀粉过程采用一种类似“搭积木”的方式,设计了一条从C1(碳一化合物)到Cn化合物的新路径,将植物淀粉合成的60多步反应缩短为11步反应。科研人员利用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成碳一(C1)化合物,然后通过设计构建碳一聚合新酶,依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三(C3)化合物,最后通过生物途径优化,将碳三化合物又聚合成碳六(C6)化合物,再进一步合成直链和支链淀粉(Cn化合物);人工合成蛋白质技术则是以钢厂尾气中的CO为碳源、氨水为氮源,经优化的乙醇梭菌厌氧发酵工艺,实现22秒快速转化,高效产出乙醇和乙醇梭菌蛋白,实现了无机物向有机物的一步转化。

汤波说,目前,我国已经在全球首次实现从一氧化碳到蛋白质的合成,并已形成万吨级工业产能。它属于一项应用型研究成果,严格意义上并非人工合成,而是一种生物合成。人工合成淀粉属于一项“从0到1”的国际原创性研究成果,但还处在实验室阶段,似乎让人看到了人工合成牛胰岛素的“影子”。

人工合成牛胰岛素是我国科学家在20世纪60年代做出的一项重大原创性成果,首次在国际上实现了活性蛋白的人工化学合成,但是由于成本和效率无法与基因工程技术生产的重组胰岛素相比,始终无法产业化。汤波坦言,目前来看,人工合成淀粉遇到的瓶颈跟人工合成牛胰岛素基本一样,从实验室走向工厂进而实现粮食的人工制造,仍然是“路漫漫其修远兮”。