notícias

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Nosso repórter Gong Xiangjuan

Amostra de amido sintético. Foto de Cui Xinyao (Visão Popular)

leitura básica

O mundo enfrenta hoje desafios como as alterações climáticas, a segurança alimentar e a escassez de recursos energéticos. Como converter o dióxido de carbono em substâncias que sejam significativas para os seres humanos e tenham valor de mercado? O projeto do amido artificial é uma dessas tentativas. O Instituto de Biotecnologia Industrial de Tianjin, da Academia Chinesa de Ciências, alcançou um avanço no projeto em 2018 e continuou a realizar iterações e atualizações tecnológicas desde então. Hoje, a taxa de síntese do amido artificial é 8,5 vezes maior que a do amido de milho, e a síntese direcional e controlável de diferentes tipos de amido pode ser alcançada conforme necessário.

A sonhadora cor azul aparece!

Na Zona Econômica do Aeroporto de Tianjin, no Instituto de Biotecnologia Industrial de Tianjin, Academia Chinesa de Ciências (doravante denominado "Instituto de Biologia Industrial de Tianjin"), o pesquisador de P&D Qiao Jing está repetindo o processo experimental diário. Quando gota a gota de solução de iodo foi adicionada ao tubo de ensaio, Qiao Jing não pôde deixar de ficar surpreso: o reagente adquiriu a cor tão esperada: “Embora o azul seja muito claro, significa que apareceu amido!” Relembrando a cena de 2018, Qiao Jing ainda está animado.

Igualmente entusiasmado está Cai Tao, gerente de projeto de amido artificial no Instituto de Biologia Industrial de Tianjin. Ele não ficou convencido por um tempo, então correu de volta da sala de conferências para o laboratório e projetou um experimento repetido. No dia seguinte, “Starch Blue” apareceu conforme programado. “Isso é ótimo!” Cai Tao sentiu-se aliviado e um sorriso se espalhou por seu rosto.

Em 2021, a equipe do amido artificial publicou na revista internacional Science que um novo sistema para sintetizar amido a partir de água e dióxido de carbono foi construído combinando reações fotossintéticas artificiais e reações catalíticas de enzimas biológicas. “Este é um avanço histórico que terá um impacto transformador na próxima geração de biofabricação e produção agrícola”.

A origem do projeto do amido artificial surgiu da ideia de um trem de alta velocidade. “O mundo de hoje enfrenta desafios como as alterações climáticas, a segurança alimentar e a escassez de recursos energéticos. Como converter o dióxido de carbono em substâncias que sejam significativas para os seres humanos e tenham valor de mercado no comboio de alta velocidade de volta a Tianjin, depois de uma viagem de negócios?” , essa ideia apareceu repentinamente no Instituto de Biologia Industrial de Tianjin Na mente do então diretor Ma Yanhe. Após cuidadosa pesquisa e julgamento do instituto, o projeto do amido artificial foi oficialmente proposto em 2015.

Quando recebeu o convite para enfrentar a tarefa principal, Cai Tao ficou entusiasmado e preocupado. O amido sintético é teoricamente possível, mas não houve casos de sucesso antes. “Queremos desafiar o que outros não fizeram”.

Na natureza, culturas como milho, trigo e batata convertem a energia solar, o dióxido de carbono e a água em amido através da fotossíntese. Mas este processo natural requer grandes quantidades de terra e recursos de água doce e é altamente afetado pelo clima.

Podemos simular o processo de síntese do amido natural e conseguir a síntese artificial do amido através de meios técnicos?

"Nossa ideia inicial é usar energia renovável para decompor a água para produzir elétrons ou hidrogênio, e então usar os elétrons ou hidrogênio para reduzir o dióxido de carbono em compostos simples, como ácido fórmico e metanol, e ainda usar enzimas para catalisar a polimerização de compostos simples para produzir amido." Cai Tao disse, síntese artificial O amido é um experimento para encontrar um "atalho".

Nas culturas, a síntese do amido requer aproximadamente 60 etapas de reações metabólicas. Para que a produção industrial seja realizada, as etapas devem ser simplificadas. A equipe de Cai Taohe colaborou com uma equipe especializada em design biológico do instituto para explorar e rastrear sistematicamente 6.568 reações bioquímicas e projetou a rota mais curta de síntese de amido artificial a partir de ácido fórmico ou metanol. Teoricamente, o dióxido de carbono pode sintetizar o amido através de apenas 9 reações principais. “Quanto menos etapas, menos problemas”, disse Cai Tao.

O experimento durou três anos, e apenas os registros experimentais foram empilhados até a metade de uma pessoa. O humor dos membros da equipe também continuou a flutuar junto com o processo experimental.

Qual é o problema? "É como um rio que está cortado. Você tem que descobrir se é um bloqueio rio acima ou uma bifurcação do rio. Somente esclarecendo o ponto crucial o problema pode ser resolvido. Cai Tao disse que o problema mais proeminente no experimento." eram "enzimas". A maioria das reações no processo de síntese do amido requer enzimas. As vias de reação na natureza evoluíram através da seleção natural de longo prazo. Cada enzima pode se adaptar e cooperar, mas as vias de reação projetadas artificialmente são diferentes.

"A mesma enzima muitas vezes pode catalisar múltiplas reações, o que pode causar efeitos colaterais; às vezes, múltiplas enzimas competem por um substrato, e algumas enzimas produzem múltiplos produtos." enzimas no instituto e trabalharam juntos para realizar a transformação direcionada de enzimas ou projetar artificialmente novas enzimas para atender às necessidades enzimáticas da via artificial para a síntese de amido.

Discutir, experimentar, derrubar, discutir de novo, experimentar de novo... A equipe tentou usar a energia gerada pela "combustão de hidrogênio" no metanol para impulsionar a reação que produz formaldeído, resolvendo o problema do descompasso entre termodinâmica e cinética na reação, e as 9 reações principais também corresponderam Expandidas para 11.

A acumulação de ciência leva muito tempo, mas os avanços, por vezes, demoram apenas alguns instantes. Na manhã do dia 24 de julho de 2018, Cai Tao recebeu a foto de um membro da equipe. Após abri-lo, Cai Tao viu o cobiçado “azul”.

“Olhando agora, é apenas a versão 1.0 do amido sintético.” Cai Tao disse que, nos últimos anos, a equipe concluiu atualizações iterativas da tecnologia do amido sintético, melhorou continuamente a produção de síntese de amido e aumentou a intensidade de produção de amido. em 136 vezes em comparação com a versão 1.0, a taxa de síntese do amido artificial é 8,5 vezes maior que a do amido de milho, e a síntese direcional e controlável de diferentes tipos de amido pode ser alcançada conforme necessário.

Na opinião de Cai Tao, o maior sucesso da investigação científica é poder colocá-la em prática e ajudar a melhorar o bem-estar social “A seguir, aceleraremos a velocidade dos resultados da investigação científica, desde o laboratório até à aplicação industrial, e deixaremos que as criações tecnológicas sejam desenhadas. uma nova imagem da ciência e da tecnologia beneficiando as pessoas." ."

Coordenador desta edição: Chen Shihan

Design de layout: Cai Huawei

“Diário do Povo” (Página 04, 06 de agosto de 2024)