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二氧化碳人工合成淀粉樣品。天津工生所供圖近日，中國科學院天津工業生物技術研究所（以下簡稱天津工生所）完成了二氧化碳人工合成淀粉的新一輪測試，淀粉合成產量再創新高，比2021年提高了10倍以上。2021年，二氧化碳到淀粉的從頭合成登上《科學》?！笆奈濉睍r期，人工合成淀粉項目完成了多輪迭代測試，效率逐年提高、成本逐年下降，距離工業化應用的目標越來越近。2025年10月13日，首屆二氧化碳固定和生物轉化國際會議在天津召開。會上，中國科學院二氧化碳生物轉化國際科學計劃宣布正式啟動，并發布《二氧化碳生物轉化促進全球可持續發展天津倡議》。該國際科學計劃由天津工生所牽頭實施，旨在聯合全球優勢科研力量，深入解析二氧化碳固定和轉化機制，進而設計構建更高效的人工生物系統，有望在二氧化碳生物轉化理論與技術上取得重大突破，為應對氣候變化、糧食安全等全球性挑戰開辟全新路徑?！斑@對我們來說是很大的鼓舞，相信未來對我們的科研工作會有很大幫助。”天津工生所研究員蔡韜說。從基礎研究到應用攻關2025年10月29日，蔡韜去醫院體檢。一聽他的單位是天津工生所，負責體檢的醫生立馬來了精神，問他：“你們那個淀粉做得怎么樣了？什么時候能讓大家吃上？”“我感到老百姓對我們的科研項目真是很關心，整個社會對我們的期望也很高，我們必須把這個責任扛起來?！辈添w說。從寂寂無名到廣為人知，人工合成淀粉項目已走過了10年。轉折點出現在2021年，這一年，天津工生所通過復雜代謝途徑的從頭設計與精準調控，在國際上首次實現電/氫能驅動二氧化碳從頭合成淀粉。成果發布后，一下子引爆了學術圈和社會輿論，“二氧化碳合成淀粉”迅速成為熱門話題。國內外專家表示，該成果是“典型的‘從0到1’的原創性突破”；是一項擴展并提升人工光合作用能力的重大突破，具有“頂天立地”的重大意義；不僅對未來的農業生產，特別是糧食生產具有革命性影響，而且對全球生物制造產業的發展也具有里程碑式意義。論文發表后的一段時間，團隊成員的手機總響個不停。除了媒體報道、同行祝賀外，尋求合作的研究團隊、生物技術公司、咨詢公司也紛至沓來。隨之而來的，還有人們對這項成果產業化的期待和質疑?！斑@項技術能不能落地并進行產業化測試”“多長時間能夠實現‘從1到10’的跨越”“工程化測試的‘卡脖子’技術在哪兒”“淀粉那么便宜，你們人工合成的淀粉那么貴，何必費時費力去做”……蔡韜和團隊面臨種種拷問與重重壓力。“那段時間我的心始終懸著，很焦慮。產業化測試帶來了更大的挑戰，急需建立一支專業化攻關隊伍，這不是件容易的事?！辈添w說。2022年8月，天津工生所在總體研究部管理框架下成立了人工合成淀粉研究中心（以下簡稱淀粉中心），以加速產業化應用?！爱a業化是我們最初的理想，也是最終的目標。初期爬坡那么艱難，走到一半卻不走了，怎么甘心？”天津工生所創始所長馬延和說。目前，淀粉中心已經形成了30多人的核心團隊，聯合所內外優勢研發力量，重點解決制約人工淀粉成本的核心基礎科學問題。提升合成效率，降低生產成本效率和成本是實現人工合成淀粉產業化示范的決定性因素，無論是近期、中期還是遠期目標，本質都是提高合成效率和逐步降低成本。如果人工合成淀粉的成本能夠降低至農業種植水平，將會大幅節約耕地和淡水資源，減少農藥、化肥等對環境的負面影響，提高人類糧食安全水平。同時，人工合成淀粉的原料是工業廢氣中的二氧化碳，有利于破解我國資源環境約束，實現“雙碳”目標。2022年底，二氧化碳人工合成淀粉工程化測試平臺建成并啟動測試。決定人工合成淀粉效率和成本的關鍵在于酶，合成反應的每一步都離不開它。人工合成淀粉的過程需要10余種酶的參與，其中有一種人工酶——甲醛聚合酶，在反應體系中用量占一半，是不折不扣的“扛把子”。“甲醛聚合酶極其重要，又極其頑固，我們想盡各種辦法改造它。目前該酶的活性在2021年的基礎上得到了大幅提高?！辈添w介紹，“這意味著，它在整個反應體系中的用量將明顯減少，酶成本將進一步降低?！贝送?，在發酵罐中進行測試時，由于酶作用的環境發生變化，其能否“抗打抗壓”十分重要。如果酶的穩定性不足，就很容易失活?！盀榱嗽鰪娒傅姆€定性，我們設計了幾千個酶的突變體，并對這些突變體一一驗證。根據初次驗證結果，我們再次復盤、設計、測試、驗證，好中選優、優中選強，選擇性能最佳的酶進行放大測試?！辈添w說。除了提高酶活性、增強酶穩定性之外，降低成本的另一個途徑是將酶固定下來。簡言之，就是把“一次性”的酶變成能夠“重復利用”的酶。4小時、12小時、一天、一周……科研人員在實驗室進行的每一次測試、改造，都在不斷延長中試線上酶的壽命。科研方式在變，組織模式不變與許多依賴研究組長負責制的科研組織模式不同，二氧化碳合成淀粉項目一開始便以建制化模式展開，采用“總體研究部－研究組群－平臺實驗室”三維科研組織模式。淀粉中心在三維科研組織模式下，組織和集中優勢力量，進行資源、人員和裝備的統籌和調配，打破研究組獨立分散、無法有效組織重大項目、研究開發與產業應用不能有效結合的科研碎片化模式，加速推進項目攻關。蔡韜介紹：“我們將具體的科研任務拆解、細化，再與所內外優勢科研團隊合作，最后在淀粉中心進行系統集成，完成項目實施。這樣一來，最終的成果不是簡單的‘拼盤’，而是一道完整的‘菜’?！睆娜斯ず铣傻矸酃ぷ鲉又两?，科研組織模式一以貫之。近幾年，人工智能廣泛應用于知識獲取、數據分析、成果轉化等方面，提升了科研效率，改變了傳統科研方式。以酶的改造和設計來說，原來需要基于數據庫或已發表的文獻，通過研究酶的結構、催化機制，設計定點突變來改造蛋白，再通過實驗驗證其活性。這個過程不僅費時費力，而且由于認知邊界的局限，效果往往不盡如人意。但如今，研究人員借助人工智能大模型預測出突變組合，加速了試錯過程，使得實驗目標更明確、效率更高。雖然人工智能節省了非常多的人力物力，但作為淀粉中心負責人，蔡韜仍輕松不起來?！斑@么多年來，我們一直在重壓下前進?！畯?到1’難，降成本也難，最終要實現工業化應用更難?！辈添w說，“盡管如此，我們還是要迎難而上。只有做了才有希望，不做什么都沒有。”蔡韜表示：“人工合成淀粉科研團隊始終堅信——夢雖遙，追則能達；愿雖艱，持則可圓?！保ㄔd于《中國科學報》?2026-01-23 第1版 要聞）