“利用合成生物学的途径，用1立方米大小的生物反应器生产的淀粉量，就能与5亩土地种植出来的玉米相当。”9月19日，在上海举行的“好望角科学沙龙”合成生物学专场活动上，中国科学院天津工业生物技术研究所创始所长马延和表示，人工合成淀粉的突破使不依赖土地、淡水等农业资源的淀粉车间制造成为可能，将在未来重塑生物制造与农业生产的格局。
活动现场，马延和以《空气变馒头：从实验室走向未来生活》为主题进行了报告分享。
马延和介绍，合成生物学的概念源于1911年。合成生物学被誉为“第三次生物技术革命”，是一个涉及生物学、基因组学、工程学和信息学的交叉学科，可通过工程化原理，有目的地设计生物系统甚至创造新生命，实现了从“认识生命”到“设计生命”的跨越。
在合成生物学发展历史上，马延和团队牵头完成的人工合成淀粉研究是一大里程碑式进展。团队采用一种类似“搭积木”的方式，从头设计、构建了11步反应的非自然固碳与淀粉合成途径，在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。
“淀粉合成是一个能量输入过程，生化反应步骤多而代谢复杂，很多生理调控的问题和机制都没有搞清楚。”马延和表示，团队从6568种生化反应中筛选出最优路径，通过定向改造酶分子、创建非自然人工酶，解决了热力学匹配、代谢流平衡等世界级难题，最终成功合成了淀粉。
这是国际上第一次不依赖植物光合作用，将自然的代谢过程重新拆解、组装，以二氧化碳、水和氢能为原料，在实验室生产出了淀粉，让科幻小说中的“空气变馒头”从幻想变为现实。2021年，这项研究成果发表于《科学》。
目前，团队正在将淀粉人工合成的途径优化、整合到3.0版本。与玉米合成淀粉相比，人工合成淀粉的能量转换效率提升了3.5倍，淀粉的合成速度提升了8.5倍，把此前2-3个月的自然淀粉合成时间缩短到数天。
“人工智能技术的发展，大大推动了合成生物学‘理性设计’的进程。”马延和表示，随着技术的不断发展，合成生物学目前已拓展至蔗糖、己糖、生物可降解材料等多碳复杂分子的合成，为食品、能源、医药行业提供全新解决方案。
在随后的圆桌讨论环节，马延和与中国科学院过程工程所研究员邢建民、上海合成生物学创新中心副院长付小龙，以及合成生物学技术领域的科创企业代表，就合成生物学的技术进展和商业化前景等进行深入讨论。
“好望角科学沙龙”由中科创星发起，由中科创星、东壁科技数据、上海市研发公共服务平台管理中心共同主办，致力于打造具有广泛影响力的科创融合与跨界交流平台。
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