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Notre journaliste Gong Xiangjuan

Échantillon d'amidon synthétique. Photo de Cui Xinyao (Vision populaire)

lecture de base

Le monde d’aujourd’hui est confronté à des défis tels que le changement climatique, la sécurité alimentaire et la pénurie de ressources énergétiques. Comment convertir le dioxyde de carbone en substances significatives pour l’homme et ayant une valeur marchande ? Le projet d’amidon artificiel est l’une de ces tentatives. L'Institut de biotechnologie industrielle de Tianjin, de l'Académie chinoise des sciences, a réalisé une percée dans son projet en 2018 et a depuis lors continué à réaliser des itérations et des mises à niveau technologiques. Aujourd'hui, le taux de synthèse de l'amidon artificiel est 8,5 fois supérieur à celui de l'amidon de maïs, et la synthèse directionnelle et contrôlable de différents types d'amidon peut être réalisée selon les besoins.

La couleur bleue de rêve apparaît !

Dans la zone économique de l'aéroport de Tianjin, à l'Institut de biotechnologie industrielle de Tianjin, Académie chinoise des sciences (ci-après dénommé « Institut de biologie industrielle de Tianjin »), le chercheur en R&D Qiao Jing répète le processus expérimental quotidien. Lorsque goutte à goutte de solution d'iode a été ajoutée au tube à essai, Qiao Jing n'a pas pu s'empêcher d'être abasourdi : le réactif s'est transformé en la couleur tant attendue : « Bien que le bleu soit très clair, cela signifie que de l'amidon est apparu ! Rappelant la scène de 2018, Qiao Jing toujours excité.

Cai Tao, chef de projet sur l'amidon artificiel à l'Institut de biologie industrielle de Tianjin, est tout aussi enthousiaste. Il n'a pas été convaincu pendant un moment, alors il a couru jusqu'au laboratoire depuis la salle de conférence et a conçu une expérience répétée. Le lendemain, "Starch Blue" est apparu comme prévu. "C'est super !" Cai Tao s'est senti soulagé et un sourire s'est affiché sur son visage. Ses collègues derrière lui ont applaudi et applaudi.

En 2021, l’équipe de l’amidon artificiel a publié dans la revue internationale Science qu’un nouveau système de synthèse de l’amidon à partir de l’eau et du dioxyde de carbone avait été construit en combinant des réactions photosynthétiques artificielles et des réactions catalytiques enzymatiques biologiques. "Il s'agit d'une avancée historique qui aura un impact transformateur sur la prochaine génération de biofabrication et de production agricole", a commenté l'examinateur.

L'origine du projet d'amidon artificiel est née de la réflexion sur un train à grande vitesse. « Le monde d'aujourd'hui est confronté à des défis tels que le changement climatique, la sécurité alimentaire et la pénurie de ressources énergétiques. Comment convertir le dioxyde de carbone en substances significatives pour les humains et ayant une valeur marchande ? Dans le train à grande vitesse qui nous ramène à Tianjin après un voyage d'affaires ? , cette idée est soudainement apparue à l'Institut de biologie industrielle de Tianjin Dans l'esprit du directeur de l'époque, Ma Yanhe. Après des recherches et un jugement minutieux de la part de l'institut, le projet d'amidon artificiel a été officiellement proposé en 2015.

Lorsqu'il a reçu l'invitation à s'attaquer à cette tâche clé, Cai Tao était à la fois enthousiasmé et inquiet. L'amidon synthétique est théoriquement possible, mais il n'y a eu aucun cas de réussite auparavant. « Nous voulons contester ce que d'autres n'ont pas fait. »

Dans la nature, les cultures telles que le maïs, le blé et les pommes de terre convertissent l’énergie solaire, le dioxyde de carbone et l’eau en amidon grâce à la photosynthèse. Mais ce processus naturel nécessite de grandes quantités de terres et de ressources en eau douce, et est fortement affecté par les conditions météorologiques.

Pouvons-nous simuler le processus de synthèse de l’amidon naturel et réaliser la synthèse de l’amidon artificiel par des moyens techniques ?

"Notre idée initiale est d'utiliser l'énergie renouvelable pour décomposer l'eau afin de produire des électrons ou de l'hydrogène, puis d'utiliser les électrons ou l'hydrogène pour réduire le dioxyde de carbone en composés simples tels que l'acide formique et le méthanol, puis d'utiliser des enzymes pour catalyser la polymérisation de composés simples. pour produire de l'amidon.", a déclaré Cai Tao, la synthèse artificielle de l'amidon est une expérience pour trouver un "raccourci".

Dans les cultures, la synthèse de l'amidon nécessite environ 60 étapes de réactions métaboliques. Si une production industrielle doit être réalisée, les étapes doivent être simplifiées. L'équipe de Cai Taohe a collaboré avec une équipe spécialisée dans la conception biologique au sein de l'institut pour extraire et cribler systématiquement 6 568 réactions biochimiques, et a conçu la voie de synthèse d'amidon artificiel la plus courte à partir de l'acide formique ou du méthanol. Théoriquement, le dioxyde de carbone peut synthétiser l’amidon grâce à seulement 9 réactions principales. "Moins il y a d'étapes, moins il y a de problèmes", a déclaré Cai Tao.

L'expérience a duré trois ans et les enregistrements expérimentaux à eux seuls étaient deux fois moins nombreux qu'une personne. L'humeur des membres de l'équipe a également continué à fluctuer avec le processus expérimental.

Quel est le problème? "C'est comme une rivière coupée. Vous devez découvrir s'il s'agit d'un blocage en amont ou d'une bifurcation de la rivière. Ce n'est qu'en clarifiant le nœud que le problème pourra être résolu, a déclaré Cai Tao, le problème le plus important de l'expérience." était « enzymes ». La plupart des réactions dans le processus de synthèse de l'amidon nécessitent des enzymes. Les voies de réaction dans la nature ont évolué grâce à une sélection naturelle à long terme. Chaque enzyme peut s'adapter et coopérer, mais les voies de réaction artificiellement conçues sont différentes.

"La même enzyme peut souvent catalyser plusieurs réactions, ce qui peut provoquer des effets secondaires ; parfois plusieurs enzymes se disputent un substrat, et certaines enzymes produisent plusieurs produits." Afin de concilier les "contradictions" entre les enzymes, Cai Tao a trouvé une équipe spécialisée dans enzymes à l'institut et ont travaillé ensemble pour réaliser une transformation ciblée d'enzymes ou concevoir artificiellement de nouvelles enzymes pour répondre aux besoins enzymatiques de la voie artificielle de synthèse de l'amidon.

Discuter, expérimenter, renverser, discuter encore, expérimenter encore... L'équipe a essayé d'utiliser l'énergie générée par la « combustion de l'hydrogène » dans le méthanol pour piloter la réaction qui produit du formaldéhyde, résolvant ainsi le problème de l'inadéquation entre la thermodynamique et la cinétique de la réaction, et les 9 réactions principales correspondaient également élargies à 11.

L’accumulation de connaissances scientifiques prend beaucoup de temps, mais les percées ne durent parfois que quelques instants. Le matin du 24 juillet 2018, Cai Tao a reçu une photo d'un membre de l'équipe. Après l'avoir ouvert, Cai Tao a vu le « bleu » tant convoité.

"En y regardant maintenant, il ne s'agit que de la version 1.0 de l'amidon synthétique." Cai Tao a déclaré qu'au cours des dernières années, l'équipe a réalisé des mises à niveau itératives de la technologie de l'amidon synthétique, amélioré continuellement le rendement de la synthèse de l'amidon et augmenté l'intensité de la production d'amidon. de 136 fois par rapport à la version 1.0, le taux de synthèse de l'amidon artificiel est 8,5 fois supérieur à celui de l'amidon de maïs, et la synthèse directionnelle et contrôlable de différents types d'amidon peut être réalisée selon les besoins.

Selon Cai Tao, le plus grand succès de la recherche scientifique est de pouvoir la mettre en pratique et de contribuer à améliorer le bien-être social. « Ensuite, nous accélérerons la vitesse des résultats de la recherche scientifique, du laboratoire à l'application industrielle, et laisserons les créations technologiques s'inspirer. une nouvelle image de la science et de la technologie au bénéfice du peuple." , a déclaré Cai Tao.

Coordinateur de ce numéro : Chen Shihan

Conception de la mise en page : Cai Huawei

« Quotidien du Peuple » (Page 04, 6 août 2024)