2021年9月24日，《科學(xué)》雜志在線發(fā)表了我國(guó)科研人員在淀粉人工合成方面取得的重大突破性成果。這項(xiàng)研究在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成，一經(jīng)公布，引發(fā)廣泛關(guān)注，網(wǎng)友稱之為“空氣變饅頭”。2024年3月18日，央視新聞客戶端推送了對(duì)中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所原所長(zhǎng)馬延和的專訪，消息顯示，如今，該項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入工程測(cè)試階段，向產(chǎn)業(yè)化又邁進(jìn)了一大步。

二氧化碳合成的淀粉

中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所成立于2012年，馬延和參與籌建并擔(dān)任第一任所長(zhǎng)。二氧化碳合成淀粉是他上任后，舉全所之力推動(dòng)的重大項(xiàng)目。

最終，天津工業(yè)生物技術(shù)研究所聯(lián)合大連化物所，通過(guò)合成生物學(xué)手段，首次實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成。

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馬延和介紹相關(guān)成果

這份淀粉樣品代表的是科學(xué)上從0到1的一次突破。在這之前，淀粉的真正制造者是綠色植物，也只有綠色植物的光合作用才能把二氧化碳和水合成為淀粉。

擺脫植物進(jìn)行二氧化碳固定是科學(xué)家多年來(lái)的夢(mèng)想，合成生物學(xué)被認(rèn)為是影響未來(lái)的顛覆性技術(shù)。模擬自然作物光合作用，重新設(shè)計(jì)生命合成代謝過(guò)程，設(shè)計(jì)人工生物系統(tǒng)，不依賴植物種植進(jìn)行淀粉制造，潛藏著驚人的變革前景。

植物制造淀粉是通過(guò)一系列生化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，以玉米為例，它的過(guò)程涉及60多步代謝反應(yīng)，太陽(yáng)能的利用效率不足2%。人工合成淀粉的目的是提高效率，馬延和與團(tuán)隊(duì)所做的事情，是尋找步驟最少、效率最高的路徑，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)將二氧化碳合成為淀粉。

實(shí)驗(yàn)取得了成功

在馬延和設(shè)想的車間里，二氧化碳成為原料，不但可以轉(zhuǎn)化成淀粉，還可以轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)、糖類。為了這項(xiàng)突破，馬延和帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)努力了近十年時(shí)間。

“從二氧化碳到淀粉的人工合成”克服了化學(xué)和生物協(xié)同催化的障礙，實(shí)現(xiàn)利用高密度的電氫能合成淀粉分子，跨越了生化反應(yīng)能量傳遞的鴻溝，理論能量轉(zhuǎn)化效率是玉米的3.5倍。

未來(lái)從二氧化碳到淀粉的人工合成技術(shù)如果具有經(jīng)濟(jì)可行性，工業(yè)車間制造淀粉將會(huì)實(shí)現(xiàn)，與農(nóng)業(yè)種植相比，可以節(jié)省超過(guò)90%的土地和淡水資源，并且消除化肥和農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，必將帶來(lái)一場(chǎng)新的產(chǎn)業(yè)變革，對(duì)于保障糧食安全、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展具有重大戰(zhàn)略性意義。

墻上是400多項(xiàng)專利

2018年之后，馬延和帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不斷優(yōu)化路徑，不斷重復(fù)實(shí)驗(yàn)，并借助先進(jìn)的技術(shù)手段，來(lái)降低二氧化碳合成淀粉的轉(zhuǎn)化成本。去年底，因任期結(jié)束，馬延和從研究所所長(zhǎng)的位置上退了下來(lái)，但他并沒(méi)有停歇。他表示，樂(lè)觀一點(diǎn)的話，我們還需要幾年時(shí)間。

公開(kāi)資料顯示，馬延和，男，漢族，1961年10月生，河北鹽山人，農(nóng)工黨成員，1983年8月參加工作，在職研究生學(xué)歷，工學(xué)博士，研究員。1983年8月南開(kāi)大學(xué)生物系微生物學(xué)專業(yè)大學(xué)畢業(yè)后，到中國(guó)科學(xué)院微生物研究所從事科研工作，2007年3月起，先后任中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究與發(fā)展中心籌建工作組組長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所籌建工作組副組長(zhǎng)、工業(yè)酶國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室主任。2012年10月起，任中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所所長(zhǎng)。2021年1月當(dāng)選農(nóng)工黨天津市委會(huì)主委、天津市第十七屆人大常委會(huì)副主任。