uutiset

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Toimittajamme Gong Xiangjuan

Synteettinen tärkkelysnäyte. Kuva: Cui Xinyao (People’s Vision)

ydin lukeminen

Maailmalla on tänään edessään haasteita, kuten ilmastonmuutos, elintarviketurva ja energiaresurssipula. Miten hiilidioksidi muutetaan ihmisille merkityksellisiksi ja markkina-arvoisiksi aineiksi? Keinotekoinen tärkkelysprojekti on yksi näistä yrityksistä. Kiinan tiedeakatemian Tianjin Institute of Industrial Biotechnology saavutti projektin läpimurron vuonna 2018 ja on jatkanut teknologisten iteraatioiden ja päivitysten toteuttamista siitä lähtien. Nykyään keinotärkkelyksen synteesinopeus on 8,5 kertaa maissitärkkelyksen synteesinopeus ja erityyppisten tärkkelysten suunnattu ja ohjattava synteesi voidaan saavuttaa tarpeen mukaan.

Unenomainen sininen väri ilmestyy!

Tianjinin lentokentän talousvyöhykkeellä Kiinan tiedeakatemian Tianjin Institute of Industrial Biotechnology -instituutissa (jäljempänä "Tianjin Institute of Industrial Biology") T&K-tutkija Qiao Jing toistaa päivittäistä koeprosessia. Kun koeputkeen lisättiin tipoittain jodiliuosta, Qiao Jing ei voinut olla hämmästynyt: reagenssi muuttui kauan odotetuksi väriksi: "Vaikka sininen on hyvin vaaleaa, se tarkoittaa, että tärkkelystä on ilmestynyt!" Qiao Jing muistelee kohtauksen vuonna 2018 ja on edelleen innoissaan.

Yhtä innoissaan on Cai Tao, keinotekoisen tärkkelyksen projektipäällikkö Tianjin Institute of Industrial Biologysta. Hän ei ollut hetkeen vakuuttunut, joten hän juoksi koko matkan takaisin laboratorioon kokoushuoneesta ja suunnitteli toistuvan kokeen. Seuraavana päivänä "Starch Blue" ilmestyi suunnitellusti. "Se on hienoa!"

Keinotekoisen tärkkelyksen tiimi julkaisi vuonna 2021 kansainvälisessä Science-lehdessä, että uusi järjestelmä tärkkelyksen syntetisoimiseksi vedestä ja hiilidioksidista rakennettiin yhdistämällä keinotekoisia fotosynteettisiä reaktioita ja biologisia entsyymikatalyyttisiä reaktioita. "Tämä on merkittävä läpimurto, jolla on muuttava vaikutus seuraavan sukupolven biovalmistukseen ja maataloustuotantoon."

Keinotekoinen tärkkelysprojekti sai alkunsa ajattelusta suurnopeusjunassa. "Nykypäivän maailma kohtaa haasteita, kuten ilmastonmuutos, elintarviketurva ja energiaresurssipula. Kuinka muuttaa hiilidioksidi ihmisille merkityksellisiksi ja markkina-arvoisiksi aineiksi." , tämä ajatus ilmestyi yhtäkkiä Tianjin Institute of Industrial Biologyssa Silloisen johtajan Ma Yanhen mielessä. Instituutin huolellisen tutkimuksen ja arvioinnin jälkeen keinotekoinen tärkkelyshanke esitettiin virallisesti vuonna 2015.

Kun hän sai kutsun ratkaisemaan avaintehtävän, Cai Tao oli sekä innoissaan että huolissaan. Synteettinen tärkkelys on teoriassa mahdollista, mutta aiemmin ei ole ollut onnistuneita tapauksia.

Luonnossa kasvit, kuten maissi, vehnä ja peruna, muuttavat auringonvaloenergiaa, hiilidioksidia ja vettä tärkkelykseksi fotosynteesin kautta. Mutta tämä luonnollinen prosessi vaatii suuria määriä maa- ja makean veden resursseja, ja sää vaikuttaa siihen voimakkaasti.

Voimmeko simuloida luonnollisen tärkkelyksen synteesiprosessia ja saavuttaa keinotekoisen tärkkelyssynteesin teknisin keinoin?

"Alkuperäinen ajatuksemme on käyttää uusiutuvaa energiaa veden hajottamiseen elektronien tai vedyn tuottamiseksi, ja sitten käyttää elektroneja tai vetyä hiilidioksidin pelkistämiseen yksinkertaisiksi yhdisteiksi, kuten muurahaishapoksi ja metanoliksi, ja käyttää edelleen entsyymejä yksinkertaisten yhdisteiden polymeroitumisen katalysoimiseen. tuottaa tärkkelystä." Cai Tao sanoi, keinotekoinen synteesi Tärkkelys on kokeilu löytää "oikotie".

Viljoissa tärkkelyksen synteesi vaatii noin 60 vaihetta metabolisia reaktioita. Jos aiotaan harjoittaa teollista tuotantoa, vaiheita on yksinkertaistettava. Cai Taohen tiimi teki yhteistyötä instituutin biologiseen suunnitteluun erikoistuneen ryhmän kanssa 6 568 biokemiallisen reaktion systemaattisesti louhimiseksi ja seulomiseksi ja suunnitteli lyhimmän keinotekoisen tärkkelyksen synteesireitin alkaen muurahaishaposta tai metanolista. Teoreettisesti hiilidioksidi voi syntetisoida tärkkelystä vain 9 pääreaktion kautta. "Mitä vähemmän askelia, sitä vähemmän ongelmia." Cai Tao sanoi.

Kokeilu kesti kolme vuotta, ja pelkästään kokeelliset ennätykset pinottiin puolet ihmisen korkeudesta.

Mikä on ongelma? "Se on kuin joki, joka on katkaistu. Sinun on selvitettävä, onko se tukos ylävirtaan vai joen haarautuminen. Vain selvittämällä ongelma voidaan ratkaista, Cai Tao sanoi, että kokeen näkyvin ongelma." oli "entsyymejä". Useimmat tärkkelyksen synteesiprosessin reaktiot vaativat entsyymejä. Luonnon reaktioreitit ovat kehittyneet pitkän aikavälin luonnollisen valinnan kautta. Jokainen entsyymi voi mukautua ja toimia yhteistyössä, mutta keinotekoisesti suunnitellut reaktioreitit ovat erilaisia.

"Sama entsyymi voi usein katalysoida useita reaktioita, jotka voivat aiheuttaa sivuvaikutuksia; joskus useat entsyymit kilpailevat substraatista, ja jotkut entsyymit tuottavat useita tuotteita Sovittaakseen entsyymien väliset "ristiriidat" Cai Tao löysi ryhmän, joka on erikoistunut entsyymejä instituutissa ja työskentelivät yhdessä toteuttaakseen entsyymien kohdennettua muuntamista tai suunnitellakseen keinotekoisesti uusia entsyymejä täyttämään tärkkelyssynteesin keinotekoisen reitin entsyymitarpeet.

Keskustele, kokeile, kumoa, keskustele uudelleen, kokeile uudelleen... Ryhmä yritti käyttää metanolissa "vedyn palamisen" tuottamaa energiaa ajaakseen formaldehydiä tuottavaa reaktiota, mikä ratkaisi termodynamiikan ja reaktion kinetiikan epäsuhtaongelman, ja 9 pääreaktiota vastasi myös 11:tä.

Tieteen kerääntyminen kestää kauan, mutta läpimurrot vievät joskus vain hetken. Aamulla 24. heinäkuuta 2018 Cai Tao sai kuvan tiimin jäseneltä. Avattuaan sen Cai Tao näki halutun "sinisen".

"Nyt tarkasteltuna kyseessä on vain synteettisen tärkkelyksen versio 1.0." Cai Tao sanoi, että viime vuosina tiimi on saattanut päätökseen synteettisen tärkkelysteknologian iteratiivisia päivityksiä, jatkuvasti parantanut tärkkelyssynteesin tuotantoa ja lisännyt tärkkelyksen tuotantointensiteettiä. 136 kertaa verrattuna versioon 1.0, keinotärkkelyksen synteesinopeus on 8,5 kertaa maissitärkkelyksen synteesinopeus, ja erityyppisten tärkkelysten suunnattu ja ohjattava synteesi voidaan saavuttaa tarpeen mukaan.

Cai Taon näkemyksen mukaan tieteellisen tutkimuksen suurin menestys on pystyä toteuttamaan se käytännössä ja edistämään sosiaalisen hyvinvoinnin parantamista. ”Seuraavaksi nopeuttamme tieteellisten tutkimustulosten nopeutta laboratoriosta teollisiin sovelluksiin ja annamme teknisten luomusten vetäytyä. uusi kuva tieteestä ja teknologiasta, joka hyödyttää ihmisiä." Cai Tao sanoi.

Tämän numeron koordinaattori: Chen Shihan

Ulkoasu: Cai Huawei

"People's Daily" (sivu 04, 6. elokuuta 2024)