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中国科学院天津工业生物技术研究所在2023年8月，联合大连化学物理研究所的研究团队，在基于二氧化碳合成淀粉的基础上，成功实现了多种己糖的精确合成。

这一突破性的研究成果解决了糖分子立体结构可控的难题，为人类摆脱自然合成途径、利用二氧化碳创造多样的糖世界提供了新的可能性。

己糖是一类在自然界广泛分布并与机体营养代谢密切相关的糖。传统上，人类获取糖类资源主要依赖于植物类生物质资源。

然而，这种“二氧化碳-生物质资源-糖”的加工过程受到植物光合作用能量转换效率的限制。此外，由于土地退化、生态平衡的破坏以及全球气候变暖引发的极端气候和自然灾害，依赖于生物质资源的产业正面临原材料供应的不稳定性与潜在风险。

面对这一挑战，研究团队开发了一种高效的人工生物合成系统，能够将二氧化碳转化为己糖。他们通过精确混合高浓度的二氧化碳和其他原料，借助化学催化剂和酶的协同作用，成功合成了阿洛酮糖、塔格糖、葡萄糖和甘露糖等四种己糖。

整个过程大约需要17小时，与通过种植甘蔗等传统农作物来提取糖分相比，大大缩短了糖的生产周期，从“年”的尺度缩短到了“小时”。

研究团队通过工程化设计改造酶蛋白分子的催化特性，实现了对糖分子立体结构的精准控制。研究结果表明，糖合成的效率达到了0.67克每升每小时，这一数值比已知成果提高了10倍以上。

这意味着在相同时间内，他们能够合成出更多的糖，从而大大提升了实验的效率和产量。

而葡萄糖的合成效率也实现了显著提升，每毫克催化剂每分钟能够固定59.8纳摩尔的碳，这一效率创下了国内外人工合成糖类的新纪录。

这种高效率的实现为大规模生产提供了可行性，为将来的工业应用打下了坚实的基础。该合成方法的另一个显著优势在于其高度的灵活性和多功能性。

科研团队通过调节酶的催化活性，能够精确地改变糖分子的结构，从而精确地控制合成糖的种类和结构。

理论上，他们有能力合成各种类型的糖，这种灵活性不仅能够满足一般需求，还能针对特定的应用场景定制具有特定功能的功能糖。

例如，在医药行业，可以合成特定结构的糖分子用于新药的研发；在食品产业，可以根据消费者的特定需求生产具有特定功能的糖。

这一突破性的研究成果还颠覆了传统依赖糖生物质资源转化制备复杂糖分子的范式。传统方法中，糖类的获取和转化效率受限于植物光合作用，这种依赖自然生物过程的方式存在能量转换效率低、时间周期长以及受环境因素影响大等问题。

然而，此次新方法的碳转化率显著高于传统植物光合作用，同时也超过了已报道的化学法制糖和电化学-生物学耦联的人工制糖方法，成为目前人工制糖路线中碳转化效率的最高水平。

新的人工糖合成方法不仅在效率上取得了显著提升，还建立了一个灵活且可拓展的生物系统，能够进一步延伸糖产物的种类和构型。

通过精准控制不同酶的催化效果，科研团队实现了对糖分子立体结构的精确调控，理论上可以合成几乎任意类型的糖。这种方法不仅能够生产常见的糖类，还可以根据实际需求合成自然界含量稀少但具有重要功能的糖分子，从而极大地拓展了糖的应用范围。

例如，某些稀有糖在医药、食品和化妆品等领域具有独特的功能和价值，但其天然存在量非常有限，提取成本高且过程复杂。

新的人工糖合成方法可以根据特定需求，定制生产这些稀有糖，为相关产业提供了一种高效、可控且可持续的生产途径。

这种灵活、可拓展的糖制造模式，不仅在研究和开发阶段表现出强大的潜力，更为未来的生物制造产业提供了核心技术支撑，具有重要的实际应用价值。

这一创新的糖合成方法还有助于推动绿色化学的发展。通过高效转化二氧化碳，减少对植物资源的依赖，不仅能缓解因农业生产带来的环境压力，还能在一定程度上应对全球变暖和生态系统退化的问题。

国际知名的有机化学家、生物催化专家，同时也是德国科学院院士的曼弗雷德·雷茨对这项成就表示了极高的赞赏。

他认为，将二氧化碳转化为碳水化合物是一个极具吸引力且富有挑战性的创新概念，该研究在这一竞争激烈的科学领域实现了显著的进展，为绿色化学的发展开辟了新的可能性。

这项研究不仅凸显了中国科研团队在该领域的先进水平，还为全球在应对气候变化和资源短缺方面的挑战提供了创新的视角和解决方案。

虽然这项研究在人工合成己糖方面取得了技术突破，但要实现大规模的工业应用，还有许多挑战需要克服。研究团队面临着进一步优化反应系统、控制成本以及进行大规模生产可行性研究等科学与工程技术问题。

随着技术的持续进步和改进，人工合成糖技术有望在未来实现工业化，为人类提供一种稳定、安全且可持续的糖类资源。这将有助于减轻全球资源紧张和环境压力，同时为绿色化学和生物制造领域带来重大的变革。

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