全球人口的快速增長和氣候變化將使人類面臨糧食安全的巨大挑戰(zhàn)。利用合成生物技術將農業(yè)廢棄物資源高效轉化為人造糧食則是緩解糧食危機，實現(xiàn)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。

　　近日，中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所聯(lián)合中國農業(yè)科學院生物技術研究所，開發(fā)了一種利用玉米秸稈高效生物合成人造淀粉和單細胞蛋白的新技術，進一步降低了人造淀粉的生產成本，為糧食生產提供了新的途徑。相關研究論文在線發(fā)表于《科學通報》(英文版)。

　　用木質纖維素生產淀粉有望緩解糧食危機

　　全球每年會產生約2000億噸木質纖維素，由于每噸木質纖維素含有約40%的纖維素，因此每年約有800億噸的纖維素產生。

　　“人類可以消化α-1，4-糖苷鍵連接而成的葡聚糖，即淀粉，但由于人體缺乏纖維素水解酶，因此無法從木質纖維素中消化由β-1，4-糖苷鍵連接而成的葡聚糖如纖維素。如果能將β-1，4-糖苷鍵連接組成的葡聚糖通過酶促反應轉化為α-1，4-糖苷鍵連接組成的葡聚糖，即利用非食品生物質生產淀粉有望緩解糧食危機，對于人類來說將是一個重大利好。”論文通訊作者之一、中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所研究員馬延和說。

　　開發(fā)體外多酶分子體系提高人造糧食生產效率

　　該研究利用包含纖維素降解酶和淀粉合成酶的體外多酶分子體系，與釀酒酵母進行生物轉化，可以把玉米秸稈中的纖維素高效酶水解合成人造淀粉，同時在有氧條件下低成本發(fā)酵生產微生物蛋白。

　　“在這項研究中，我們首次創(chuàng)建了低成本的從商業(yè)化纖維素酶中去除β-葡萄糖苷酶的高效纖維素降解及纖維二糖生成技術，有效地從纖維素酶混合物中去除了β-葡萄糖苷酶，使用纖維素—酶—酵母復合物減輕了纖維素水解產物的反饋抑制，提高纖維素酶水解能力�！闭撐耐ㄓ嵶髡咧�一、中國農業(yè)科學院生物技術研究所研究員張偉說。

　　論文通訊作者之一、中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所研究員張以恒說：“傳統(tǒng)生物制造需依賴活的生物體如微生物、植物和動物等，但大量能量和糖資源卻用于與生物制造無關的生物自我繁殖、復制以及生命維持，制約了制造效率的提升。體外多酶分子體系是一種合成生物學新工具，完全避免了上述不必要的浪費，極大地提高了能源利用率，就如農業(yè)生產中的機械代替耕牛，使得人造糧食的高生產效率成為可能。”

　　“該研究重要的技術突破之一是低成本制備胞內重組酶，團隊改造了重組酶表達菌株，使用廉價無機氮源和葡萄糖培養(yǎng)基，以超高密度進行微生物培養(yǎng)，將關鍵重組酶生產成本降低到接近最低理論值，實現(xiàn)每公斤重組酶(干重)生產成本僅250元，相對于實驗室搖瓶發(fā)酵和常規(guī)酶純化技術，降低酶成本100萬倍左右；突破之二是在利用現(xiàn)有低成本纖維素酶的基礎上，采用新技術去除β-葡萄糖苷酶后即可高效、穩(wěn)定可控地水解纖維素，其成本相較昂貴的純化纖維素酶降低近100萬倍�！睆堃院阏f。

　　這種新技術為生產人造糧食開辟了新途徑，做到了以前沿新技術端牢中國飯碗，實現(xiàn)“藏糧于技、藏糧于山、藏糧于林”，有望解決糧食儲存的經濟困局，夯實中國糧食安全根基。