| 天津工业生物所解决糖分子立体结构可控难题 新区科学家实现从二氧化碳到糖精准全合成 |
■ 记者 单毅 朱绍祥 报道 王鼎鑫 摄影
■ 该研究成果是在二氧化碳合成淀粉基础上的重大突破，颠覆了依赖糖生物质资源转化制备复杂糖分子的范式，提供了一种灵活的、可拓展的糖制造模式，可获得自然界含量稀少的功能糖分子，从而扩大应用范围
■ 截至2022年底，天津工业生物所专利申报总量已达1292件，有效授权专利总量达614件，其中发明专利占比达98.2%；专利运营总量达293件，有效专利运营率达44.5%
记者从位于天津港保税区的中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称“天津工业生物所”）获悉，该所成功构建了兼具灵活性、高效性及多功能性的人工生物系统，实现了多种己糖从头精准合成，解决了糖分子立体结构可控的难题，为摆脱自然合成途径、利用二氧化碳创造多样的糖世界提供了可能。研究成果于8月16日在国内顶尖刊物《Science Bulletin（科学通报）》上发表。
糖是人类生命活动及日常生活中的重要物质，也是当今工业生物制造的关键原材料。己糖是在自然界广泛分布、与机体营养代谢最为密切的糖的统称。迄今为止，人类对糖的获取主要依赖植物类生物质资源。然而，这种传统的“二氧化碳—生物质资源—糖”的加工过程，受到植物光合作用能量转换效率的限制。最重要的是，由于土地退化和短缺、生态系统退化、全球变暖导致的极端天气和自然灾害，依赖糖类生物质资源的生产方式面临着原料供应安全和风险等问题。为解决这一系列问题，需要将这种传统制糖过程向非糖类生物质资源制造模式转变。
据介绍，天津工业生物所开发的人工转化二氧化碳从头精准合成糖技术，基于碳素缩合、异构、脱磷等酶促反应，与中国科学院大连化学物理研究所科研团队合作，设计构建化学—酶耦联的非天然转化途径，工程化设计改造酶蛋白分子的催化特性，实现了精准控制合成不同结构与功能的己糖，碳转化效率高于植物光合作用，同时高于已报道的化学法制糖以及电化学—生物学耦联的人工制糖方法，是目前人工制糖路线中碳转化效率的最高水平。与此同时，该技术建立了可进一步延伸糖产物种类和构型的生物系统，可实现人工创造糖分子多样性。（下转第三版）（上接第一版）该研究成果是在二氧化碳合成淀粉基础上的重大突破，颠覆了依赖糖生物质资源转化制备复杂糖分子的范式，提供了一种灵活的、可拓展的糖制造模式，可获得自然界含量稀少的功能糖分子，从而扩大应用范围。“这一成果所获的糖可作为原料应用于食品、医药等领域，将缓解人口日益增长对糖需求的压力。”文章第一作者杨建刚副研究员介绍，合成的葡萄糖等糖分子还可以作为工业生物制造关键原材料合成其他化学品，满足人类其他物质需求，从而为负碳物质合成提供原料供给。据介绍，研究成果实现了人工精准合成己糖技术路线突破，但距离工业化生产还有很长的路要走，仍需要解决相关科学与工程技术问题。
据了解，天津工业生物所作为我国工业生物技术创新的国家队和主力军，正在积极推动国家合成生物技术创新中心和中国合成生物产业知识产权运营中心建设。截至2022年底，天津工业生物所专利申报总量已达1292件，有效授权专利总量达614件，其中发明专利占比达98.2%；专利运营总量达293件，有效专利运营率达44.5%。
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