最近,我國科研人員在一個多月時間里,實現了人工合成淀粉和人工合成蛋白質技術的重大原創性突破,隨著兩則消息被媒體的全面解讀,公眾在為我國科學家歡呼的同時,也紛紛戲稱“靠喝西北風活著”終于成真了。
事實上真是如此嗎?“從實際成果來看,人工合成的淀粉和蛋白質跟傳統的淀粉和蛋白質沒有什么不同,如果技術成熟,確實可以實現不用種地就產出人體或動物所需的營養成分。”國科農研院研究館員、中國科普作家協會會員湯波在接受科普時報記者采訪時提醒道,但很多人工合成技術由于效率和成本的原因,目前還只能停留在實驗室階段,實現產業化還有相當長的一段路要走。
淀粉是人類米面等主食中最主要的成分,從中國科學院天津工業生物技術研究所取得的二氧化碳人工合成淀粉成果來看,這一技術產業化最大的阻礙是,要與天然淀粉生產效率和成本接近,難度非常大。
湯波認為,目前依靠合成技術解決糧食需求還不太現實。“相對而言,人工合成飼料蛋白技術的產業化基本不存在障礙。這一成果可將工業廢氣轉化為飼料蛋白和乙醇,既有利于解決了廢氣污染問題,又有助于解決飼料蛋白和能源短缺問題,在護航國家糧食安全和實現可持續發展上有著重要意義。”
其實,公眾對這一技術的理想化解讀也無可厚非。畢竟,從無機物到有機物的轉變,一直是借助植物光合作用的自然生成過程。人工合成淀粉和蛋白質,等于是第一次用工業化的方式解決了無機物向有機物的轉化過程。這一技術給人最大的驚喜就是成功打破了資源約束瓶頸,理論上是可以在地點、時間和氣象等條件不受限的情況下生產需求量巨大的淀粉和蛋白質,這是自然轉換無法做到的。
“人工合成技術是科學家在充分了解蛋白質、淀粉等物質的自然合成途徑之后,對自然合成途徑的合理改進,安全性得到了充分的驗證。”湯波表示,從技術角度來看,這兩種合成是兩項完全不同的技術。人工合成淀粉過程采用一種類似“搭積木”的方式,設計了一條從C1(碳一化合物)到Cn化合物的新路徑,將植物淀粉合成的60多步反應縮短為11步反應??蒲腥藛T利用化學催化劑將高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一(C1)化合物,然后通過設計構建碳一聚合新酶,依據化學聚糖反應原理將碳一化合物聚合成碳三(C3)化合物,最后通過生物途徑優化,將碳三化合物又聚合成碳六(C6)化合物,再進一步合成直鏈和支鏈淀粉(Cn化合物);人工合成蛋白質技術則是以鋼廠尾氣中的CO為碳源、氨水為氮源,經優化的乙醇梭菌厭氧發酵工藝,實現22秒快速轉化,高效產出乙醇和乙醇梭菌蛋白,實現了無機物向有機物的一步轉化。
湯波說,目前,我國已經在全球首次實現從一氧化碳到蛋白質的合成,并已形成萬噸級工業產能。它屬于一項應用型研究成果,嚴格意義上并非人工合成,而是一種生物合成。人工合成淀粉屬于一項“從0到1”的國際原創性研究成果,但還處在實驗室階段,似乎讓人看到了人工合成牛胰島素的“影子”。
人工合成牛胰島素是我國科學家在20世紀60年代做出的一項重大原創性成果,首次在國際上實現了活性蛋白的人工化學合成,但是由于成本和效率無法與基因工程技術生產的重組胰島素相比,始終無法產業化。湯波坦言,目前來看,人工合成淀粉遇到的瓶頸跟人工合成牛胰島素基本一樣,從實驗室走向工廠進而實現糧食的人工制造,仍然是“路漫漫其修遠兮”。
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