【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

#青春文学#

她叫涵,我的大学同学,也是我的同桌,来自边远的山区。

对于我而言,那段时光很幸福。

涵,是个善良而又娟秀的姑娘,她怕我每天不吃早饭,饿坏了身子,常常给我打好早饭,放在我的课桌里,等着我懒懒的到来。

而我,也总是对她嘘寒问暖,若是天冷,我会毫不犹豫地脱下外套,搭在她的身上。

这也仅限于同桌间的友情。

那时候,还没有人提起暧昧的这个词汇。

尽管我在内心中喜欢着她,却不敢贸然开口。

只因,我知道,有时候,爱情如同一块玻璃,稍有不慎,便摔得粉碎。

我怕,我怕遭到拒绝,一切都不可能恢复如初。莫不如,就这般守着,很美好,也很愉悦。

日子似水,悄悄地流过,无声无息。

忽有一日,从不旷课的她,竟然没来上课。

我不知何故,紧张了一天,最后没忍住,找到了班主任,才得知她生病住进了医院。

第二天的清晨,我赶到医院的时候,她插着好几根管子,面色苍白地躺在病床上,朝着我笑笑说,你别担心,我没事。

也就是从那个时候开始,我们才真正地走进了彼此的生活。

医生告诉我,她患的是先天心脏病,让我抓紧筹备手术费。

我家境贫寒,除了父母给的生活费,再无经济来源。

我也晓得,她来自穷乡僻壤,家里更是一贫如洗,别说是手术费,就连住院的费用,也是老师给垫付的。

我曾想搞个捐助活动,可她死活不愿意,她说,她不想打扰任何人的生活,包括自己的家人。

那时候,我突然感受到肩上的重担,如大山那般,压得我,透不过气来。

为了让她活下来,除了我,再无倚靠。

筹谋再三,我只好瞒着她,去了一个薪酬日结的工地,每天搬运泥料,出苦力挣钱,有时为了多赚几角钱,我拼着性命,也要多搬几块砖,只为给涵再多几分生的希望。

到了夜幕降临,我才拖着疲惫的身影,回到医院,又怕她起疑,便谎称学业太累。

待我帮她喂完饭,擦洗完毕,又把她第二天的中饭预定好,我才到走廊的尽头,席地而眠。

有天夜里,涵深情地望着我,喃喃地说道,今晚,你就别去走廊了,咱们睡在一起吧。

我哪知她的心思,还以为她为了报答我的照顾之情,才以身相许,便毅然地回绝道,男子汉,绝对不做乘人之危的事。

我埋头苦干,全力以赴地为她积攒着手术费,却忽略了她的情绪。

第七天的清晨,我被护士凄厉的叫声惊醒了。

我跑回了病房,医生正在抢救,护士说,早晨查房,才发现她拔掉了所有的管子。

时间一分一秒的过去了......

最终,医生朝着我,摊摊手,说了声对不起。

我赶紧把她抱在怀里,她气若游丝,艰难地歪过头,冲着我,笑了笑,说出了三个字,我爱你。

没等我回过神来,她的手臂,猛地垂了下去。

我泪流满面,急不可耐地大声喊道,我也爱你......

没有谁,没有谁,再多给我一点点的时间。

遗憾的是,她再也听不见了。

后来,护士清理病床的时候,发现了一本泛黄的日记。

我双手颤抖着,强忍着泪水,慢慢地翻开了......

“1988年7月5日,阴。这一天终于还是来了,还好,不早也不晚。我喜欢他,又怕他喜欢我,我深知,我的病治不好了,说不定哪天,就要离去,我没有资格去爱他,也不愿他因为爱我,而耽误大好时光。如今我躺在医院里,不知他此时此刻在干嘛?会想到我吗?”

“1988年7月6日。晴。没想到,他,站在我的面前,和清晨的阳光一样,那么耀眼。尽管我不想让他知道我的病情,也不想给他增添负担,但我还是想他陪着我,他在,我便安好。”

“1988年7月7日。多云。他回学校了,这一天,我的心空落落的,生怕哪一刻,我永远的睡过去,再不醒来。我不怕死,我只怕再也见不到他,更怕他为了我的死而伤心难过。”

“1988年7月8日。今天是个大晴天,我的心情也很好。我决定了,我今晚就让他睡在我的身旁,让我做一回他的新娘,哪怕是多活一日,也不能留下遗憾,对我如此,对他也如此。还有,他爱我吗?”

“1988年7月9日。天有些阴沉。看着他脸色倦怠,双肩被太阳晒得黝黑,我流泪了,他肯定不是在忙学业,而是为了我,去干了什么重活,我却不能,也不忍心,把他的秘密说破,因为我知道,一旦说出口,这份深情厚谊就变轻了...... ”

“1988年7月10日。天还没放晴。我感觉他的状态很不好,看着他面容日渐消瘦,我真的很心疼,爱一个人,就不能成为他的负累,若是我早点死了,他就能解脱了吧。可我,可我舍不得......”

“1988年7月11日。天还在阴着。今生今世,我在最好年龄遇到他,我已经满足了。真正的爱,是因他幸福而幸福着,我不能因为一己之私,而成为他的负担,我的人生已经很难,我不想再让他的人生更难,爱他,就应该放手......”

“1988年7月12日。今早的天气,阴晴未定。好吧,就这样。今生,我已无憾,心亦安宁......”

......

#世界读书日#

【还想让中国救?超市被搬空,有钱无处花,美国成这样都怪拜登】

据美联社报道一则消息,由于新冠疫情的大爆发,美国的经济已经一败涂地了,甚至一度走向崩溃的边缘。虽然跟去年相比,美国的失业率稍微的有点好转。本来美国各大企业的空缺岗位有许多,失业的民众完全可以去工作,然而,拜登政府对于防疫措施很是颓丧,所以为了掩盖这种消沉态度,不是让民众去工作,而是选择增加失业补助,正因为这样,造成民众都变得非常懒,反正不工作也能领到几百元美元,在家就能挣钱,为何还要出去工作呢?

而民众的这一现象直接造成美国各大企业招不到人。招不到人自然就没法开工,因此高昂的制造成本导致美国物价居高不下。

另外,中国在前两天刚刚宣布要进行限电限产,这直接造成了美国超市每天都被一抢而光,民众即使有拜登政府给发的补助金,也买不到东西啊,所以这就是有钱无处花!特别是像卫生纸、瓶装水之类的必需品更是被下达了限购令。不得不说,如今的美国已经是濒临崩溃了。看到这种现象,美国政府其实也有办法去解决,然而,根据每日邮报报道称,由于美国国内的制造业几乎都已经被罢工了,造成所有的生活必需品都必须从国外进口才可以,但美国政府不停地给民众发钱,导致港口基本没有劳动力,更不要说在过去的两个月里开往美国的货轮增加了近两倍,将近有62艘货轮都在等待停靠。

新冠疫情的爆发,导致美国民众不断去消费,再加上本地货物已经所剩无几了,因而,美国人就开始使用线上交易的方法,据了解,美国的线上交易额在今年的1月至8月,短短七个月就达到了5410亿美元,跟2019年的线上交易额相比,将近涨了58%。

美国的工作劳动力跟不上美国人暴涨的需求,虽然大量货物通过了海关检查,然而人手却不够,所以没法运送。据美国卡车运输协会的报告称,截止到2018年底,美国卡车运输行业空缺了有6万名司机,这还是在疫情爆发之前就空缺了这么多,疫情爆发后可想而知情况得是有多严重,有消息称,很有可能到了2028年,美国卡车运输行业至少会空缺16万名司机。这时候,美国政府站出来了,要求将港口的运营时间一天24个小时都要打开,对于美国政府提出的要求,洛杉矶港口直接回绝了,美国跟中国不一样,自己的国家再困难,美国人也不想要伸出援手去帮助自己的国家,因为那样只会损害自己的利益。

就比如,先前美国发生的迈阿密高楼倒塌事件,美国人宁愿在那里祈福,也不愿意去救援,导致幸存者没有几个,几乎全部死亡。美国现在的供应链十分短缺,短缺到连美国的招牌肯德基都没有鸡可以炸了,因为已经停止了鸡肉的供应,因而也就不能再继续去宣传肯德基了。不仅只有鸡肉不给供应,美国屠宰业由于新冠疫情的大爆发而遭到严重打击,9月22日,据美国相关媒体报道称,在去年疫情最严重的时候,由于上千名屠宰场员工感染了病毒,没办法,工厂只能停业,停业以后,就造成美国的肉类没法供应,现如今,美国屠宰业并未从困境里走出来,家禽肉类除外,牛肉储备下降了7.7%,猪肉直接下滑到2017年以来最低点,足足下降了44%。

说白了,只要美国没有办法去解决疫情的问题,那么危机就没法度过。当然了,造成如今这种局面,美国政府要负根本责任,换句话来说,都是拜登的错。因为美国政府疯狂地用印钞机印钱,造成了拜登政府直接认为能用钱解决的事情那都不是事儿,疫情如此严重,美国首先要做的不是应该及时地去遏制疫情吗?不遏制疫情不说,直接去给民众发钱,因而,美国民众才这么地懒,不出去工作直接造成了国家企业没有了劳动力,从而加剧了美国的混乱和困境。

再一个就是美国政府有很大的问题,疫情这么严重不管,自己国家安危也不管,把心思全部用在怎么对抗其他国家,这不美国就企图把超发货币导致的通货膨胀转移给中国、越南等国家。因为原材料定价权被美国掌握,美国将原材料涨价,对中国等国制造的产品压价,试图想要获得一些利益,同时也可以减弱中国的势力。

不得不说,美国的这个小把戏玩得可真是好,然而,中国却发现了美国的阴谋,因而中国才宣布要限电限产这一重大决定,让美国的把戏无处可施,同时通过减少出口量来达到增加出口商品利润的目的。值得一提的是,都是因为疫情的缘故,才导致美国面临这样的局面,一旦疫情结束,美国立马就能重新“活过来”。

因此,最近美国政府和媒体不断的呼吁中国,想要中国去帮助美国渡过难关!美国财长耶伦好多次声称,中国帮助美国就是在帮助中国自己,简直笑话,还记得在2008年经济危机的时候,中国因为国内国外各种原因,没有办法去帮助了美国,借给其一大笔钱,中国帮助了美国,不感激就算了,反而处处跟中国作对,乃至于拉拢其他国家去对抗中国。

美国针对中国并不是在特朗普任职时期在开始针对的,全面与进步跨太平洋伙伴关系协定这一针对中国的组织就是奥巴马牵头建立的,奥巴马这样做的目的就是为了抵制中国,只不过当特朗普上台以后,就变成了明着针对了,说白了,美国就是一头喂不熟的“白眼狼”,对美国再好最后也只会演变成东郭先生与狼的故事。疫情如果解决不了,那么美国社会体系以及经济体制就会全面崩溃,一旦美国经济崩溃,势必会影响到中国甚至是全世界的经济局势,然而中国必须得下定决心去解决“毒瘤”,这才是最有效的解决办法!


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