berita

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Reporter kami Gong Xiangjuan

Sampel pati sintetik. Foto oleh Cui Xinyao (Visi Rakyat)

bacaan inti

Dunia saat ini sedang menghadapi tantangan seperti perubahan iklim, ketahanan pangan, dan kekurangan sumber daya energi. Bagaimana cara mengubah karbon dioksida menjadi zat yang bermanfaat bagi manusia dan memiliki nilai pasar? Proyek pati buatan adalah salah satu upaya tersebut. Institut Bioteknologi Industri Tianjin, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok mencapai terobosan proyek pada tahun 2018 dan terus melakukan iterasi dan peningkatan teknologi sejak saat itu. Saat ini, laju sintesis pati buatan adalah 8,5 kali lipat dari pati jagung, dan sintesis berbagai jenis pati yang terarah dan terkendali dapat dicapai sesuai kebutuhan.

Warna biru yang indah muncul!

Di Zona Ekonomi Bandara Tianjin, di Institut Bioteknologi Industri Tianjin, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (selanjutnya disebut sebagai "Institut Biologi Industri Tianjin"), peneliti R&D Qiao Jing mengulangi proses eksperimen harian. Ketika setetes demi setetes larutan yodium ditambahkan ke dalam tabung reaksi, Qiao Jing terkejut: reagennya berubah menjadi warna yang telah lama ditunggu-tunggu, "Meskipun warna birunya sangat terang, itu berarti pati telah muncul!" Mengingat kejadian di tahun 2018, Qiao Jing masih Bersemangat.

Yang sama bersemangatnya adalah Cai Tao, manajer proyek pati buatan di Institut Biologi Industri Tianjin. Dia tidak yakin untuk beberapa saat, jadi dia berlari kembali ke laboratorium dari ruang konferensi dan merancang eksperimen berulang. Keesokan harinya, "Starch Blue" muncul sesuai jadwal, "Bagus sekali!" Cai Tao merasa lega, dengan senyuman di wajahnya, dan rekan-rekannya di belakangnya bertepuk tangan dan bersorak.

Pada tahun 2021, tim pati buatan menerbitkan di jurnal internasional Science bahwa sistem baru untuk mensintesis pati dari air dan karbon dioksida dibangun dengan menggabungkan reaksi fotosintesis buatan dan reaksi katalitik enzim biologis. “Ini merupakan terobosan penting yang akan memberikan dampak transformatif pada generasi berikutnya dalam bidang biomanufaktur dan produksi pertanian.”

Asal usul proyek pati buatan berawal dari pemikiran di kereta berkecepatan tinggi. “Dunia saat ini sedang menghadapi tantangan seperti perubahan iklim, ketahanan pangan, dan kekurangan sumber daya energi. Bagaimana cara mengubah karbon dioksida menjadi zat yang berarti bagi manusia dan memiliki nilai pasar?” , ide ini tiba-tiba muncul di Institut Biologi Industri Tianjin di benak direktur Ma Yanhe. Setelah penelitian dan penilaian yang cermat oleh lembaga tersebut, proyek pati buatan secara resmi diusulkan pada tahun 2015.

Ketika dia menerima undangan untuk menangani tugas utama ini, Cai Tao sangat bersemangat dan khawatir. Pati sintetik secara teoritis mungkin dilakukan, tetapi belum ada kasus yang berhasil sebelumnya. "Kami ingin menantang apa yang belum dilakukan oleh orang lain."

Di alam, tanaman seperti jagung, gandum, dan kentang mengubah energi sinar matahari, karbon dioksida, dan air menjadi pati melalui fotosintesis. Namun proses alami ini memerlukan lahan dalam jumlah besar dan sumber daya air tawar, serta sangat dipengaruhi oleh cuaca.

Bisakah kita mensimulasikan proses sintesis pati alami dan mencapai sintesis pati buatan melalui cara teknis?

“Ide awal kami adalah menggunakan energi terbarukan untuk menguraikan air untuk menghasilkan elektron atau hidrogen, dan kemudian menggunakan elektron atau hidrogen untuk mereduksi karbon dioksida menjadi senyawa sederhana seperti asam format dan metanol, dan selanjutnya menggunakan enzim untuk mengkatalisis polimerisasi senyawa sederhana. untuk menghasilkan pati." Cai Tao mengatakan, sintesis buatan Pati adalah eksperimen untuk menemukan "jalan pintas".

Pada tanaman, sintesis pati memerlukan sekitar 60 langkah reaksi metabolisme. Jika produksi industri ingin dilakukan, langkahnya harus disederhanakan. Tim Cai Taohe berkolaborasi dengan tim yang berspesialisasi dalam desain biologis di dalam institut tersebut untuk secara sistematis menambang dan menyaring 6.568 reaksi biokimia, dan merancang rute sintesis pati buatan terpendek yang dimulai dari asam format atau metanol. Secara teoritis, karbon dioksida dapat mensintesis pati hanya melalui 9 reaksi utama. “Semakin sedikit langkah, semakin sedikit masalah.” Kata Cai Tao.

Eksperimen tersebut berlangsung selama tiga tahun, dan catatan eksperimennya sendiri ditumpuk setengah dari tinggi seseorang. Suasana hati anggota tim juga terus berfluktuasi seiring dengan proses eksperimen.

Apa masalahnya? "Ini seperti sungai yang terputus. Anda harus mencari tahu apakah itu penyumbatan di hulu atau percabangan sungai. Hanya dengan memperjelas inti masalahnya, masalah yang paling menonjol dalam eksperimen Cai Tao mengatakan." adalah "enzim". Sebagian besar reaksi dalam proses sintesis pati memerlukan enzim. Jalur reaksi di alam telah berevolusi melalui seleksi alam jangka panjang. Setiap enzim dapat beradaptasi dan bekerja sama, tetapi jalur reaksi yang dirancang secara artifisial berbeda-beda.

"Enzim yang sama seringkali dapat mengkatalisis banyak reaksi, yang dapat menyebabkan efek samping; terkadang beberapa enzim bersaing untuk mendapatkan substrat, dan beberapa enzim menghasilkan banyak produk." Untuk mendamaikan "kontradiksi" antar enzim, Cai Tao menemukan tim yang berspesialisasi dalam enzim di institut dan bekerja sama untuk melakukan transformasi enzim yang ditargetkan atau merancang enzim baru secara artifisial untuk memenuhi kebutuhan enzim pada jalur buatan untuk sintesis pati.

Diskusikan, eksperimen, balikkan, diskusikan lagi, eksperimen lagi... Tim mencoba menggunakan energi yang dihasilkan oleh "pembakaran hidrogen" dalam metanol untuk menggerakkan reaksi yang menghasilkan formaldehida, memecahkan masalah ketidaksesuaian antara termodinamika dan kinetika dalam reaksi, dan 9 reaksi utama juga berhubungan dengan Diperluas menjadi 11.

Akumulasi ilmu pengetahuan membutuhkan waktu yang lama, namun terobosan terkadang hanya membutuhkan waktu sesaat. Pada pagi hari tanggal 24 Juli 2018, Cai Tao menerima foto dari salah satu anggota tim. Setelah membukanya, Cai Tao melihat "biru" yang diidam-idamkan.

“Melihat sekarang, ini hanya pati sintetis versi 1.0.” Cai Tao mengatakan bahwa dalam beberapa tahun terakhir, tim telah menyelesaikan peningkatan berulang-ulang teknologi pati sintetis, terus meningkatkan hasil sintesis pati, dan meningkatkan intensitas produksi pati. sebesar 136 kali lipat dibandingkan dengan versi 1.0, laju sintesis pati buatan adalah 8,5 kali lipat dari pati jagung, dan sintesis berbagai jenis pati yang terarah dan terkendali dapat dicapai sesuai kebutuhan.

Dalam pandangan Cai Tao, keberhasilan terbesar penelitian ilmiah adalah mampu mempraktikkannya dan membantu meningkatkan kesejahteraan masyarakat. “Selanjutnya, kita akan mempercepat kecepatan hasil penelitian ilmiah dari laboratorium ke aplikasi industri, dan membiarkan kreasi teknologi berkembang gambaran baru ilmu pengetahuan dan teknologi yang bermanfaat bagi masyarakat." ." Kata Cai Tao.

Koordinator terbitan ini: Chen Shihan

Desain tata letak: Cai Huawei

"Harian Rakyat" (Halaman 04, 06 Agustus 2024)