“但是 ， 他们还尚未实现复杂碳水化合物的人工定向合成 。 ”天津工业生物所副研究员蔡韬说：“也就是说 ， 他们的路线方法合成的是多种简单糖类化合物的混合物 ， 还很难定向到其中的一种 。 ”
专家介绍 ， 淀粉高效人工合成的挑战主要来自低密度太阳能到高密度电能和氢能 ， 低浓度二氧化碳到高浓度二氧化碳 ， 以及复杂合成途径到简单合成途径3个方面 。 此前 ， 在众多科研人员的努力下 ， 前两个问题已基本得到了解决 。
“这次 ， 我们主要在人工合成途径构建方面实现了跨越式突破 。 ”马延和说 。
他介绍 ， 一是跨越了人工途径进化的鸿沟 。 克服了不同来源、不同遗传背景的生物酶之间热力学与动力学不匹配等瓶颈 ， 二氧化碳到淀粉的碳转化速率和效率显著提升；二是跨越了从虚拟到现实的鸿沟 。 团队用计算机可以设计出很多条合成途径 ， 通过各种模块的组装和适配 ， 最终筛选出了符合条件的路径 ， 实现了人工淀粉合成 。
“经过分析鉴定 ， 我们合成的淀粉样品无论成分还是理化性质 ， 都和自然生产的淀粉一模一样 。 ”蔡韬说 。
据科研团队介绍 ， 在充足能量供给的条件下 ， 按照目前的技术参数推算 ， 理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩土地玉米种植的平均年产量 。
马延和说：“这一成果使淀粉生产的传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能 ， 并为二氧化碳原料合成复杂分子开辟了新的技术路线 。 ”
创新科研组织模式 ， 让不同专长的团队协同攻关
专家预计 ， 如果未来该系统过程成本能够降低到可与农业种植相比的经济可行性 ， 将可能会节约90%以上的耕地和淡水资源 ， 避免农药、化肥等对环境的负面影响 ， 提高人类粮食安全水平 ， 促进碳中和的生物经济发展 。
重大原创性突破的背后 ， 除了科研团队多年的努力和坚持之外 ， 科研组织模式的创新功不可没 。
天津工业生物所自2015年起 ， 聚焦人工合成淀粉与二氧化碳生物转化利用 ， 开展需求导向的科技攻关 ， 集聚所内外创新资源 ， 加强“学科—任务—平台”整合 ， 实现各方科研力量的有机融合和高效协同 。 研究所根据项目研究需求进行人才布局 ， 组建了当初平均年龄30周岁的优秀青年科学家团队 。
传统科研模式一般以课题组为单元进行 ， 优势是能够集中在一个领域方向 ， 但不是所有的研究项目都适合这样的模式 。
马延和说：“比如 ， 我们这个项目是一个多领域多方向交叉的工作 ， 这就需要将具备不同专长的人和团队组织起来 ， 协同合作才能够完成 ， 传统科研模式显然不太适合 。 ”
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