【人工合成淀粉:迷宫寻途2000天】2015年初,还在国外访问交流的蔡韬接到了马延和的电话:“未来所里计划做人工合成淀粉的项目,凭空制造。”

“凭空制造?这可能吗?”他有点惊讶。

6年后,他们把不可能变成了现实。中国科学院天津工业生物技术研究所(以下简称中科院天津工业生物所)通过复杂代谢途径的从头设计与精准调控,在国际上首次实现电/氢能驱动二氧化碳从头合成淀粉。9月24日,这一研究成果于《科学》在线发表。

图:实验人员在做淀粉遇碘显色试验。 倪思洁摄

△ 从0到1 从无到有

淀粉作为一类重要的高分子碳水化合物,为人类生存提供了所需的热量。1万多年来,农业种植都是生产淀粉的唯一途径。

可植物光合作用的能量效率低、生长周期长,为了应对粮食安全问题,科学家探索出了杂交育种、模块育种、分子育种等办法,还建立了人工光合系统。

“但这些都没有脱离植物本身的固碳模式。就像是跑得再快,本质上还要依靠双脚。能不能跳出这个模式,造一辆汽车呢?”中科院天津工业生物所所长、人工合成淀粉项目首席科学家马延和说。

与此同时,我国的二氧化碳减排压力巨大,而以二氧化碳为原料合成所需物质是摆在所有科学家面前的一道难题。

“利用二氧化碳合成淀粉”,一听说这个项目,即便是领域内的知名专家也纷纷摇头,“植物的光合作用已存在十几亿年,至今还未完全弄清楚系统机制,你们能从头合成”?

大家的质疑不无道理,这是从没有人做过的事,翻遍所有文献库,也找不到任何关于合成路径、研究方法的线索。

2018年7月24日下午,中科院天津工业生物所副研究员、人工合成淀粉项目经理蔡韬在实验室楼上的会议室里,准备参加中科院重点项目阶段评审会。自立项以来,他和同事已试验了两年多,尝试了无数次,但都以失败告终,眼看着为期3年的项目就要完结,他们的压力积攒到了最大值。

3点多钟,蔡韬接到了实验室技术员乔婧发来的一张照片。照片中并排的3个试剂管,中间的碘溶液呈淡淡的蓝紫色,与左右两边的无色和深蓝色状态对比明显。

“两边的是对照组,中间的是最新一次的试验结果,与碘溶液反应变蓝。”乔婧说。

蔡韬立即打电话确认,得到肯定的回复后,仍不放心,一路小跑至实验室,直到亲眼见到试剂管,他才抑制不住地喊道,“太好了!太好了!我汇报时终于可以说‘制造路径全线打通’。”

技术员孙红兵记得,那天大家都很开心,蔡老师一改往日的严肃,脸上挂满了笑容。

“相当于长征路上的遵义会议。”“那真是我见过最美的颜色。”蔡韬对《中国科学报》记者说。

至此,人工合成淀粉正式迈出了“从0到1”的一步,人类对于生命科学的认知边界又拓宽了一点。

△ 迷宫寻途 从有到优

成功的喜悦抹平了此前所有的遗憾,以至于他们在讲述研究历程时,会下意识地将前期困难一笔带过。

可最初接到这一项目时,就连他们自己都不相信能做出来。自然反应中,淀粉合成与积累涉及约60步代谢反应和细胞器间运输,在工业生产中,必须将其简化,又必须保证所有反应的充分和精准。

因此,如何将农业中复杂的合成途径简化为工业生产所需的简单合成途径,是人工合成淀粉面临的最大挑战。

经过计算机算法挖掘和筛选,研究人员在起点二氧化碳和终点淀粉之间,最终锁定了30条可能的路径,每一条包含9~12步重要反应。

每一条可能的路径都是一座“迷宫”。他们就处在每座首尾相连、层层嵌套的迷宫入口。每一座迷宫中又有数个“关卡”,也就是生化反应,想要过关,必须寻找到相应的“钥匙”,即能催化反应的特定的酶。

等到好不容易通关时,往往还是见不到淀粉。毕竟可能的路径有30条,只有走对了唯一的一条,才算成功。

“这些被看作‘钥匙’的酶可能存在于自然界中,也可能并不存在,需要重新设计。最难的是,不同于‘一把钥匙开一把锁’,同一个酶能催化多个反应,但又会带来‘副作用’。”蔡韬说。

6年中,有近一半的时间,他们都卡在这些不同的路径里,有时找不到高效催化反应的酶;有时酶会优先和前面的底物反应,而后面的底物无酶可用;有时只能走通某一部分。

为了通过迷宫中的层层关卡,蔡韬等人与十几个课题组合作。“一个团队力量有限,希望能找到细分领域里最专业的人来合作。”他说。

那时的孙红兵、乔婧都变得异常敏感,她们怀疑自己做的每一个步骤。“可能是溶液加错、剂量没看准,是自己犯了低级错误”。可每一次重复后,她们不得不面对的事实是,操作没有错误,这条路行不通。

“与课题组同时进行多个课题不同,我们是项目制管理,6年中只有这一个项目,所以无论遇到什么都不会放弃。”蔡韬说,“最坏的结果就是失败,科研中的失败再正常不过,大不了从头再来。”

一次,蔡韬外出交流,会上有位科学家提出“利用二氧化碳电/氢还原合成甲醇”。“听到这个思路的一瞬间,我打了个激灵,脑子像通了电一样。我们是不是能以此为鉴,先将二氧化碳转化成甲醇,再将甲醇合成淀粉?”他说。

后来,便有了那张碘溶液呈淡蓝色的照片。

9月15日,《中国科学报》记者在中科院天津工业生物所看到,蔡韬手持一个15毫升的离心管,里面装有大半管的白色粉末,他介绍,“这是利用二氧化碳合成的第一管淀粉,与植物提取淀粉一模一样。”

如果说2018年他们完成了“从无到有”,那么从2018年至今,他们实现了“从有到优”。

△ 走出迷宫 探寻未知

在人工合成淀粉的试验中,蔡韬要找“最简单的路径”,在生活中,他也是如此。从家里到研究所,通常他会选择转弯最少、红绿灯最少的那一条路,慢慢地走。“这条路最直,行人也少,便于专心思考问题。”他说。

在孙红兵看来,蔡老师太想做成了,他满脑子都是项目,只要讨论试验,他的双眼便会立刻亮起来,声调也变得丰富。

“最让我感动的是,为了让我们专心试验,他会铺好所有的路,大到试验设计、与其他合作者沟通试验技术,小到买三角瓶、试剂管,6年来的每一天,他一刻都不愿耽搁。”孙红兵告诉《中国科学报》。

也正是如此,他们才能在相对短的时间内,完成对关键酶的定向改造,耦合从二氧化碳到甲醇的化学过程与从甲醇到淀粉的生物过程中反应条件的兼容,最终将合成效率提高130倍。与植物自然生成相比,其碳转化率提高了20~40倍。

实验室的小会议室,见证着他们的每一次讨论与争执,也见证着71页论文文稿的55次修改。

“蔡老师对文稿熟悉到什么程度呢?前几天我们需要查两个单词,单词所在的页数和位置,他脱口而出。”孙红兵说。

有一次,蔡韬改累了躺在床上休息,收到中科院天津工业生物所研究员江会锋发来的一个链接,标题中,他隐约瞥见了二氧化碳、淀粉的字眼,当即从床上弹起来,困意全无,心怦怦地跳,“不会有人已经做出来了吧”,他紧盯着手机加载条,直到看完摘要才长舒一口气,“原来是不同的研究,虚惊一场”。

科学研究令人着迷和残酷之处均在于此,当研究者身陷迷宫,在各个关卡奋力拼搏时,往往不知道领域内有多少位“竞争者”,更无从得知彼此的进度。他们只能逼迫自己快一点,再快一点,因为开拓者的桂冠只属于最先到达的人。

2021年8月,《科学》审稿通过,且不需补做任何试验。审稿专家认为,该工作“是一项里程碑式突破,将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响”。

时隔6年,蔡韬等终于走出了迷宫的弯弯绕绕,来到了更广阔的天地,他是世界上第一个走到这里的人。他很自豪,更重要的是,他想继续往前走,去追求更大、更多的未知。https://t.cn/A6Mfhbc7

#同城报料#【批评教育!大连石化公司工作人员携带非防爆手机】大连市应急管理局从9月14日起,采用“四不两直”的方式开展全市安全生产突击检查,对重点企业、重点行业乃至各个领域全面开展排查治理。9月16日上午,市应急管理局检查组来到大连石化公司,深入储运一车间881#汽油储罐大修施工现场和867#苯罐切换物料操作现场开展安全督导检查。检查组发现监护人和一名施工作业人员携带非防爆手机,检查组当即指出并对现场工作人员给予了批评教育,要求企业立即采取措施,严格整顿。在两个多小时的检查中,检查组还发现外来施工队伍施工现场工具、备品库混存混放、个别管道阀门盲板不符合要求,操作人员没有佩戴岗位责任制胸卡等多项问题。#大连#

【果园的路,湖畔的楼,游客的流,编织凉山乡村振兴的网】
近日,商务部国际电子商务中心和美团启动了乡村振兴电商带头人培训计划,首期培训已在北京举行。来自凉山州盐源县24岁的彝族小伙罗脱哈,和来自全国各地的80名驻村第一书记、农村电商从业者一起参加了培训。哈哈从2008年起,利用刚刚高考完的假期时间,把家里装修成了民宿,并用开民宿挣到的钱,支付了自己上大学的费用。2019年,哈哈动员了自己的亲戚,扩大了民宿的规模,一年时间,就赚到了14万元。

民宿作为乡村旅游的重要载体,为美丽乡村注入新的内涵。而互联网与民宿的结合、探索,不仅构建了民宿的脱贫机制,还能提升顾客需求体验价值。如今,随着各大互联网公司纷纷布局下沉市场,城市青年返乡就业、创业成为大家热议的话题,远在偏远山区的农产品开始“触网”直供城市。随着电商、快消品、连锁餐饮、短视频等行业在更广阔的下沉市场不断渗透,新经济下沉的故事已在谱写新的篇章。

在这背后,是中国城乡经济发展的新变化:在以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局下,更深的城乡链接和经济循环正在形成,人、货、技术在城乡之间自由流动,编织着乡村振兴的新网络。

2020年,凉山州11个贫困县全部脱帽。以盐源县为例,如今,沿山公路在大山中盘旋,盐源的苹果、花椒、核桃被运往全国各地;客机在小型机场降落,游客们成群结队地到盐源感受当地美食和文化;防雹网在成片的果林上方撑起,果农们在浓烈的阳光下割草、剪枝;满载货物的运输车,在手机的指引下把果蔬运出去,把百货运送到盐源人家中。

小县城里的新生意

在盐源,大多数人的生活,都是从一碗米线开始的。

“盐源人喜欢吃米线,每天早晨都吃,我们早晨要送几百单,基本都是米线。”盐源县的美团外卖站长曹华平说。但在多数盐源人看来,走几步就是饭馆,县城常住人口不超过3万,巴掌大的地方,走几步就是饭馆,谁愿意多掏几块钱定外卖。曹华平作为盐源外卖第一人,对此深有体会。

2018年,美团外卖开始入驻县城,盐源人可以在 APP上一键下单,商户和骑手就能直接收到信息,效率大大提升。曹华平成为了盐源美团外卖的站长。如今,他的手下有30多位美团外卖骑手,在食客和餐馆老板的眼中,他依然是盐源的外卖先行者。

“随着互联网企业的入驻,餐馆、商场服务员、外卖骑手的服务态度都变好了,因为有评分机制,哪家做得好,哪家做得不好,一目了然。”坐在办公室里的曹华平说道。当地有了外卖后人们更愿意为优质、便捷的服务付费,而非简单地为食物买单,消费活力得到释放,也给本地人提供了另一种就业选择。

1993年出生的彝族小伙王补几,是一名外卖骑手。他曾经在广东、上海等地打工,最终回到盐源,做起了美团骑手,收入不错。“在县城里买了房子,也方便照顾家庭。”

卖菜的“小车”变“大车”

泸沽湖是盐源县有名的旅游景点。湖边的达祖村是环湖线上的热门住宿餐饮点,村子里有民宿、酒店、小超市甚至酒吧,但未见一家蔬菜水果店,当地人说村子离县城一百多公里,交通极为不便,以前靠一辆小汽车拉着蔬菜流动叫卖,蔬菜水果都不太新鲜。如今,一些村民社区电商平台上购买蔬菜、水果以及日用品,在手机上完成下单后,第二天下午就可以去附近的便利店或者小餐馆取到新鲜的果蔬食品和平价的生活百货。

曹尔青普赤今年46岁,是一名地道的摩梭女子。2002年的时候,她在泸沽湖开设了自己的客栈,一干就是19年。今年3月份,她申请成为了优选团长,“买东西很方便,而且很便宜。第一天下单,第二天就到了,昨天我买了百香果和蓝莓,都是第一次吃。”曹尔青普赤回忆称,在美团优选入驻盐源之前,她经常背着背篓到泸沽湖镇购物,每次回到家后都会腰酸背痛,而且物价会稍微高于盐源县城,尤其是生鲜产品。

生鲜产品被视为电商最后一片蓝海,但是生鲜在运输过程中的保鲜度、时效性难以把握,而且不易储存、物流成本和营运成本高,这对处于大凉山中的村民们并不友好。

盐源县美团优选的胡经理表示,目前盐源县已经有500多个“团长”,每天的订单量能够达到2000单左右。“果蔬、百货可以撬动乡镇农村的消费市场,从长远来看,也将促进消费升级及商业模式的创新,为农村消费市场打开新的局面。”

农产品的新销路

随着互联网和交通的不断发展,盐源县经济发展日新月异。而变化的故事,则要从一颗苹果说起。

现在,盐源苹果已经成为盐源农业和农村经济的重要支柱产业,盐源人一直在努力引进新品种,聘请先进技术团队,树立盐源苹果的品牌形象,提升盐源苹果的质量和美誉度。

以2019年为例,盐源县苹果总面积为41.3万亩,年产量54万吨,产值22亿元,果农大幅增收。盐源苹果分别占据四川省苹果种植面积和产量的65%和75%,盐源苹果从业人员近10万人。在盐源,苹果粗加工、深加工、冷链、物流等配套产业也同步跟进,生产流程的进化肉眼可见。

互联网电商的崛起,为盐源苹果的销售带来了新机遇。互联网电商销售苹果的模式在大山中快速蔓延。2016年4月,盐源县建成了电子商务公共服务中心,包含电商从业人员培训、个人及企业电商孵化、电商宣传展示等多种服务功能。越来越多的果农开始了解电商,并通过电商销售苹果。

随着苹果种植、销售产业的进步,以及电商的发展,倒逼盐源苹果的规格、包装、品质规范化,促进盐源苹果品牌的成长。盐源苹果品牌的成长也在助推盐源苹果的销售。不仅如此,盐源苹果产业链的完善,不仅帮助了盐源果农摆脱贫困,还带动了其他特产的发展。截至2019年末,盐源全县已发展核桃、花椒、苹果等经济林木230余万亩,贫困群众户均种植面积超过6亩,122个贫困村集体经济全部实现收益达标。

乡村“新“人才

乡村振兴的关键在于产业,人才则是另一要素。与此同时,随着新经济在下沉,大山中的人也在不断自我进化着。

当地的民宿老板阿东就曾四处求师。他曾是当地环湖跑车的司机,结婚后便想着自己做点生意。起初,他并不了解“上线”是怎么回事,也不知道顾客的评价意味着什么,一番折腾后,他开始到处求教,把了解的朋友请到家里,询问在网上运营的各种小技巧。

“我每求教一次,就以美食来招待朋友们。”阿东回忆道。到后来,细心的阿东开始研究网上的各种网红民宿客栈,从窗户、床以及各种饰品的摆放等一个个细节仔细琢磨。他的客单价,也总能高出其他家不少。

这些运营的新技能从城市被带来,也在当地一点点散开。经过多年的努力,盐源像是一个铁罐头般,被逐渐撬开了盖子,开启乡村振兴的新旅程。

来源: 川观新闻


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