是否可以不依靠植物来产生淀粉？有机会！ 9月24日，《科学》在线发布了中国科学研究人员在淀粉人工合成方面取得的重大突破成就。这项研究在世界上首次实现了从头合成二氧化碳与淀粉的合成，这是基础研究领域的主要突破。

In order to fully present the "past and present" of this research and tell the story of researchers who are willing to sit on the bench and devote themselves to scientific research, a reporter from Science and Technology Daily exclusively interviewed Ma Yanhe, the corresponding author of the paper, director of the Tianjin Institute of Industrial Biotechnology, Chinese Academy of Sciences, and Cai Tao, the first author of the paper and associate researcher at the Tianjin Institute中国科学院工业生物技术。

抓住与长期和整体情况有关的科学技术战略的指挥高度。科学技术记者每日：自然光合作用淀粉的合成过程非常复杂，淀粉的人工合成更加困难。我们为什么选择“从二氧化碳到淀粉的人工合成”的科学和技术研究项目？

May Yanhe：粮食安全是国家安全的重要基础。我的国家一直在积极促进农业生物技术的进步。从遗传杂种繁殖到分子设计育种，我们一直在赶上国际科学和技术领域。

是否可以“改变车道并超越车道”？实际上，这个想法已经存在很长时间了。即使取代一些谷物淀粉作为工业原材料，甚至饲料也为减轻农业压力做出了巨大贡献。

合成生物学被认为是影响未来的破坏性技术。模拟天然作物的光合作用，重新设计生命合成代谢过程和设计不依赖植物种植用于淀粉制造的人工生物系统，这掩盖了惊人的变化前景。确实，这条路线上存在许多不确定性，存在复杂的科学问题，不清楚的技术路线，并且难以预测瓶颈。但是，科学研究需要大胆的实践和勇气才能进入无人土地。

我们的科学和技术工作者必须具有强烈的民族使命意识，面临着该国的主要战略需求，并为科学和技术工作做出了重大的创新贡献。 “从二氧化碳到淀粉的人工合成”的工业路径是科学技术的战略指挥高度，涉及长期和整体状况，并且是国家重要工具。

《科学技术日报》的记者：这项关于世界各地科学家从二氧化碳中人为合成淀粉的研究的研究吗？您可以在该领域介绍竞争状况吗？

CAI TAO：多年来，摆脱二氧化碳固定的植物一直是科学家的梦想。二氧化碳的人工生物转化是国际研究中的热门话题和困难。只要取得一定的突破，这就是一个重大成就。

在过去的几年中，在《细胞》 3《自然》 3《科学》中发表了不少于十篇相关论文，主要关注研究方向，例如二氧化碳固定和人工光合物。在2018年，美国宇航局提出了为二氧化碳制造葡萄糖的长达一个世纪的挑战计划，但目前尚未实现人工合成的突破。我们报告了首次在国际上首次将二氧化碳与淀粉的完整合成。这种人工合成淀粉方法除了自然淀粉合成方法之外显示出巨大的潜力。我相信，更多的科学家将专门致力于这个具有挑战性和战略领域。

我怀疑设计路线，但从未想过要放弃科学技术日记：我第一次成功合成淀粉是什么时候？当您第一次看到“星光蓝色”时，您会感觉如何？将来做了什么工作？

CAI TAO：第一个成功的淀粉合成是在2018年7月24日。我记得我参加了该项目的进度研讨会，当我看到“星光蓝色”的照片时，我感到非常兴奋！当时，合成的具体条件立即由工作人员确定，并排除了误报的可能性，然后安排了不同的人员重复合成淀粉的工作。

在确认可以实现碳化合物与淀粉的人为合成之后，我们实际上可以提交文章，但我们仍然更加重视实用性，并开始提高人造淀粉的合成效率，并在未来两年内将合成效率提高了100倍以上。尽管人工合成淀粉仍然远非实际应用，但它显示了未来工业应用的潜力。

科学技术每日记者：您在“从二氧化碳到淀粉”项目的研究过程中取得了哪些重大突破？

CAI TAO：植物合成淀粉的机理非常复杂，但是从化学本质的角度来看，它仍然是还原，凝结，重排和聚合的过程。

我们首先重新设计了自然代谢途径，并首先解决了途径计算设计中的常见不合适问题，越过了从虚拟到现实的差距，并简化了自然淀粉的复杂综合过程，只有11个主要反应。

其次，它突破了瓶颈，这种瓶颈很难匹配来自不同来源和遗传背景的生物学酶，跨越了自然慢速进化的差距，超过了数十亿年的生物代谢途径的进化效应，而淀粉合成率是玉米玉米的8.5倍；

最后，“从二氧化碳到淀粉的人工合成”克服了化学和生物学协同催化的障碍，并实现了使用高密度电氢能来合成淀粉分子的障碍，从而使生物化学反应的能量转移到能量转移中的差距，以及理论上的能量转化效率的效率3.5次。

科学技术每日记者：您在项目研究过程中遇到的最大问题是什么？您是否曾经考虑过那时放弃？

CAI TAO：在研究过程中，我们遇到的最大问题是如何根据设计的路径使来自不同来源的酶成分有效地工作。为此，我们测试了来自不同来源的酶成分，这些酶成分设计和修改了多个酶基因，并进行了数百种不同的组合测试。

尤其是在建立淀粉1.0的人工合成途径时，我们花了将近三年的时间才能实现从碳化合物到淀粉的人工合成。在此之前，尚无研究证明，设计人工途径以合成淀粉是可行的。在成功之前，我们问自己最常见的问题是这条路是否真的可行？

成功构建1.0版本时，我们非常有信心人造淀粉是可行的。但是，我们怀疑该项目正在进行了两年半的时间，但从未想过放弃合成淀粉的工作。

推进科学家的精神和创新的科学研究管理模型科学技术日记：在实施项目期间，以使科学研究人员愿意坐在板凳上并专门致力于科学和技术研究，哪些创新使该研究所在科学和技术管理模型中做出了什么？

Mayanhe：淀粉的研讨会制造是我们建议通过生物技术促进“农业工业化”的标志。当该项目在6年前开始设计时，没有人确定，我们为长期奋斗做好了准备。中国科学院和天津的项目支持使我们有机会进行研究，但是在人才竞争和每个人的“成长”的环境中，确实很难组织一个团队来努力学习而不是询问未来。

该研究所积极探索科学研究管理模型中的创新，并建立了一个基于项目的整体研究部门。项目团队实施预算系统。资源由研究所保证。无需申请竞争资金。它有能力分解科学和技术问题并组织它们，并与各个学科的研究小组的力量独立协调。对项目团队的评估是简单，客观和放松的，并且不在乎纸张产出，临时胜利或失败。团队成员的绩效和工资通常高于同等科学和技术人员的绩效和薪水。

特别是，我们一直在促进科学家的精神，并培养家庭和国家的感觉。该研究所的领导人领导着对成名，财富和无私奉献的漠不关心。他们清楚地定义了“军官和士兵以同样的欢乐和悲伤团结在一起，革命理想比天堂更高”的精神。他们逐渐收集了一群杰出的年轻科学家，具有家庭和乡村的感情，创新的勇气，并愿意坐在板凳上。他们平静下来，专注于以十年的努力精神来解决关键点。

科学技术每日记者：这项研究工作被认为是从0到1的基础研究领域的原始突破。您认为这项研究将对这项研究产生什么影响？有什么意义？

May Yanhe：这项研究不是免费探索的基础研究，而是针对需求的，面向问题和目标的基础研究。进行跨学科研究是生命科学研究的新范式。这项研究设计并组装了一种在自然界中不存在的淀粉合成代谢途径，并使其工作效率远高于自然生物学过程的淀粉途径，从而解决了科学问题，例如从虚拟到现实，人工途径生物学进化以及生物化学反应能量的生物学功能，反映了学习性质的概念，仿制性质，以及跨越的性质和应用重要性，并具有重要意义。

合成生物技术以及化学催化技术的合成生物技术已经建立了一项新的技术途径，用于高能密度和高二氧化碳浓度生物转化。尽管从实验室到工业应用仍然存在许多科学和技术挑战，但它为工业转型提供了巨大的新机会。这将对二氧化碳资源转化为绿色和低碳工业，例如食品，材料和化学物质，并建立了创新轨迹的新起点。如果将来从二氧化碳到淀粉的人工合成技术在未来是可行的，那么工业研讨会将能够生产淀粉。与农业种植相比，它可以节省90％以上的土地和淡水资源，并消除肥料和农药对环境的负面影响，这肯定会带来新的工业转型，这对于确保粮食安全，促进社会和经济可持续性和高质量发展具有极大的战略意义。

（记者Lu Chengkuan的报纸）