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Nuestro reportero Gong Xiangjuan

Muestra de almidón sintético. Foto de Cui Xinyao (Visión del Pueblo)

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El mundo hoy enfrenta desafíos como el cambio climático, la seguridad alimentaria y la escasez de recursos energéticos. ¿Cómo convertir el dióxido de carbono en sustancias que sean significativas para los humanos y tengan valor de mercado? El proyecto del almidón artificial es uno de estos intentos. El Instituto de Biotecnología Industrial de Tianjin de la Academia de Ciencias de China logró un gran avance en el proyecto en 2018 y ha seguido llevando a cabo iteraciones y actualizaciones tecnológicas desde entonces. Hoy en día, la tasa de síntesis del almidón artificial es 8,5 veces mayor que la del almidón de maíz, y se puede lograr la síntesis direccional y controlable de diferentes tipos de almidón según sea necesario.

¡Aparece el color azul de ensueño!

En la Zona Económica del Aeropuerto de Tianjin, en el Instituto de Biotecnología Industrial de Tianjin de la Academia de Ciencias de China (en lo sucesivo, "Instituto de Biología Industrial de Tianjin"), el investigador de I+D Qiao Jing está repitiendo el proceso experimental diario. Cuando se añadió gota a gota de solución de yodo al tubo de ensayo, Qiao Jing no pudo evitar quedarse atónito: el reactivo adquirió el color tan esperado: "Aunque el azul es muy claro, significa que ha aparecido almidón". Al recordar la escena de 2018, Qiao Jing todavía está emocionado.

Igualmente entusiasmado está Cai Tao, director de proyectos de almidón artificial en el Instituto de Biología Industrial de Tianjin. No estuvo convencido por un tiempo, así que corrió de regreso al laboratorio desde la sala de conferencias y diseñó un experimento repetido. Al día siguiente, "Starch Blue" apareció según lo programado, "¡Eso es genial!" Cai Tao se sintió aliviado, con una sonrisa en su rostro, y sus colegas detrás de él aplaudieron y vitorearon.

En 2021, el equipo de almidón artificial publicó en la revista internacional Science que se construyó un nuevo sistema para sintetizar almidón a partir de agua y dióxido de carbono combinando reacciones fotosintéticas artificiales y reacciones catalíticas enzimáticas biológicas. "Este es un avance histórico que tendrá un impacto transformador en la próxima generación de biomanufactura y producción agrícola".

El origen del proyecto del almidón artificial surgió pensando en un tren de alta velocidad. "El mundo de hoy se enfrenta a desafíos como el cambio climático, la seguridad alimentaria y la escasez de recursos energéticos. ¿Cómo convertir el dióxido de carbono en sustancias que sean significativas para los seres humanos y tengan valor de mercado en el tren de alta velocidad de regreso a Tianjin después de un viaje de negocios?" Esta idea apareció repentinamente en el Instituto de Biología Industrial de Tianjin. En la mente del entonces director Ma Yanhe. Después de una cuidadosa investigación y juicio por parte del instituto, el proyecto de almidón artificial se propuso oficialmente en 2015.

Cuando recibió la invitación para emprender la tarea clave, Cai Tao se mostró entusiasmado y preocupado: en teoría, el almidón sintético es posible, pero hasta ahora no ha habido casos exitosos. "Queremos desafiar lo que otros no han hecho".

En la naturaleza, cultivos como el maíz, el trigo y las patatas convierten la energía solar, el dióxido de carbono y el agua en almidón mediante la fotosíntesis. Pero este proceso natural requiere grandes cantidades de tierra y recursos de agua dulce, y se ve muy afectado por el clima.

¿Podemos simular el proceso de síntesis del almidón natural y lograr la síntesis de almidón artificial por medios técnicos?

"Nuestra idea inicial es utilizar energía renovable para descomponer el agua y producir electrones o hidrógeno, y luego usar los electrones o el hidrógeno para reducir el dióxido de carbono en compuestos simples como ácido fórmico y metanol, y además usar enzimas para catalizar la polimerización de compuestos simples. "Para producir almidón", dijo Cai Tao, la síntesis artificial del almidón es un experimento para encontrar un "atajo".

En los cultivos, la síntesis de almidón requiere aproximadamente 60 pasos de reacciones metabólicas. Si se va a realizar una producción industrial, hay que simplificar los pasos. El equipo de Cai Taohe colaboró ​​con un equipo especializado en diseño biológico dentro del instituto para extraer y examinar sistemáticamente 6.568 reacciones bioquímicas, y diseñó la ruta de síntesis de almidón artificial más corta a partir de ácido fórmico o metanol. Teóricamente, el dióxido de carbono puede sintetizar almidón mediante solo 9 reacciones principales. "Cuantos menos pasos, menos problemas", dijo Cai Tao.

El experimento duró tres años y solo los registros experimentales estaban apilados a la mitad de la altura de una persona. El estado de ánimo de los miembros del equipo también continuó fluctuando junto con el proceso experimental.

¿Cuál es el problema? "Es como un río cortado. Hay que averiguar si se trata de un bloqueo río arriba o de una bifurcación del río. Sólo aclarando el quid de la cuestión se podrá resolver el problema", dijo Cai Tao, que es el problema más destacado del experimento. eran "enzimas". La mayoría de las reacciones en el proceso de síntesis del almidón requieren enzimas. Las vías de reacción en la naturaleza han evolucionado a través de una selección natural a largo plazo. Cada enzima puede adaptarse y cooperar, pero las vías de reacción diseñadas artificialmente son diferentes.

"La misma enzima a menudo puede catalizar múltiples reacciones, lo que puede causar efectos secundarios; a veces, varias enzimas compiten por un sustrato y algunas enzimas producen múltiples productos". Para conciliar las "contradicciones" entre las enzimas, Cai Tao encontró un equipo especializado en. enzimas en el instituto y trabajaron juntos para llevar a cabo una transformación específica de enzimas o diseñar artificialmente nuevas enzimas para satisfacer las necesidades enzimáticas de la vía artificial para la síntesis de almidón.

Discutir, experimentar, revertir, discutir de nuevo, experimentar de nuevo... El equipo intentó utilizar la energía generada por la "combustión de hidrógeno" en metanol para impulsar la reacción que produce formaldehído, resolviendo el problema del desajuste entre la termodinámica y la cinética en la reacción. y las 9 reacciones principales también correspondieron ampliadas a 11.

La acumulación de ciencia lleva mucho tiempo, pero los avances a veces sólo tardan un momento. En la mañana del 24 de julio de 2018, Cai Tao recibió una fotografía de un miembro del equipo. Después de abrirlo, Cai Tao vio el codiciado "azul".

"Mirándolo ahora, es sólo la versión 1.0 del almidón sintético". Cai Tao dijo que en los últimos años, el equipo ha completado actualizaciones iterativas de la tecnología del almidón sintético, ha mejorado continuamente la producción de síntesis de almidón y ha aumentado la intensidad de la producción de almidón. 136 veces en comparación con la versión 1.0, la tasa de síntesis del almidón artificial es 8,5 veces mayor que la del almidón de maíz, y la síntesis direccional y controlable de diferentes tipos de almidón se puede lograr según sea necesario.

En opinión de Cai Tao, el mayor éxito de la investigación científica es poder ponerla en práctica y ayudar a mejorar el bienestar social. "A continuación, aceleraremos la velocidad de los resultados de la investigación científica desde el laboratorio hasta la aplicación industrial, y dejaremos que las creaciones tecnológicas se dibujen. "Una nueva imagen de la ciencia y la tecnología que beneficia a la gente", dijo Cai Tao.

Coordinador de este número: Chen Shihan

Diseño de diseño: Cai Huawei

"Diario del Pueblo" (Página 04, 6 de agosto de 2024)