我國科學家實現(xiàn)二氧化碳到糖精準全合成

糖是人類生命活動及日常生活中重要物質，也是當今工業(yè)生物制造的關鍵原材料。迄今為止，人類對糖的獲取主要依賴于植物類生物質資源。然而，這種傳統(tǒng)的“二氧化碳-生物質資源-糖”的加工過程，受到植物光合作用能量轉換效率限制；最重要的是，由于土地退化和短缺、生態(tài)系統(tǒng)退化、全球變暖導致的極端天氣和自然災害，依賴于糖類生物質資源的生產方式面臨著原料供應安全和風險等問題。為解決這一系列問題，需要將這種傳統(tǒng)制糖過程向非糖類生物質資源制造模式轉變。

中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所功能糖與天然活性物質研究團隊圍繞上述問題和挑戰(zhàn)，基于碳素縮合、異構、脫磷等酶促反應，與中國科學院大連化學物理研究所合作，建立了化學-酶級聯(lián)轉化二氧化碳合成己糖人工合成途徑，通過酶分子改造技術提升了天然酶活性、底物特異性等催化性能，構建了碳一-碳三-碳六三個功能模塊，通過模塊化組裝，體外實現(xiàn)了精準控制合成不同結構與功能的己糖，其轉化率高于傳統(tǒng)植物光合作用。同時，產物濃度和碳-糖轉化速率高于已公開報道的化學法合成糖、電化學-酵母發(fā)酵耦聯(lián)法合成糖等人工制糖方法。本研究所構建的糖人工合成系統(tǒng)可進一步耦聯(lián)其他酶促生物化學反應，制備結構多樣的糖分子及其衍生物。因此，研究成果建立了一種從二氧化碳、甲醇、甲醛等碳一化合物合成己糖方法，實現(xiàn)了較高轉化效率與精準可控構型的已糖人工合成，將為從非生物質原料轉化形成多樣性的人工糖產物提供一種可能性。

該研究獲得到國家自然科學基金、天津市合成生物技術創(chuàng)新能力提升行動、中國科學院青年創(chuàng)新促進會等項目的支持，相關研究結果近期發(fā)表于Science Bulletin期刊。天津工業(yè)生物所楊建剛副研究員、宋皖博士、蔡韜研究員為論文的共同第一作者，孫媛霞研究員與馬延和研究員為論文的共同通訊作者。