民以食為天，糧食是農業(yè)生產的基礎，我國雖然是全球最大的糧食生產國，但是傳統(tǒng)的農業(yè)需要大量土地，各國都在研發(fā)大規(guī)模合成淀粉、蛋白技術，我國科學家最近也在這方面獲得了重要進展，并且將生產成本大幅降低。

據(jù)中科院消息，中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所體外合成生物學中心與中國農業(yè)科學院生物技術研究所合作，在以玉米秸稈為底物，高效合成淀粉和微生物蛋白方面取得新進展。

前期，攻關團隊圍繞秸稈制淀粉，按照纖維素水解、纖維二糖磷解與聚合的思路，設計創(chuàng)制了秸稈制淀粉的多酶分子機器，重構了體外人工代謝轉化途徑，突破了纖維素β-1,4糖苷鍵定向重排為淀粉a-1,4糖苷鍵轉化等的關鍵問題，成功實現(xiàn)了從纖維素轉化合成為淀粉。

但這條路線依然面臨生物轉化過程中底物能量利用效率低、轉化速度慢、成本高等問題，距離產業(yè)化應用有較大距離。

圍繞該路線經濟可行性提升，研究團隊潛心攻關五年，對多酶分子機器核心元件進行了設計改造，對合成線路進行了優(yōu)化，大幅度提升了秸稈轉化淀粉的效率，為推進產業(yè)化應用奠定了基礎。

秸稈轉化為淀粉和微生物蛋白的新方法示意圖

研究團隊通過系統(tǒng)設計改造重組酶表達菌種，選用廉價無機氮源降低培養(yǎng)基成本，以及開發(fā)高密度微生物培養(yǎng)等技術，將纖維二糖磷酸化酶、a-葡聚糖磷酸化酶等重組酶生產成本降低到250元/公斤。

其次，通過制備預處理的秸稈生物質或固態(tài)預處理的纖維素作為親和吸附介質，簡單、高效選擇性吸附纖維素酶中的內切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶，高效去除了纖維素酶中β-葡萄糖苷酶，實現(xiàn)了秸稈纖維素的高效定向降解，纖維素水解效率大幅提高。

再次，研究團隊將纖維二糖磷酸化酶和a-葡聚糖磷酸化酶固定在釀酒酵母表面，有效利用纖維素水解中間產物葡萄糖，解除葡萄糖對纖維素酶的抑制效應，提升了纖維素酶水解能力，并使纖維素酶用量大幅降低。

最后，將纖維素水解產生的葡萄糖通過酵母好氧發(fā)酵利用，實現(xiàn)了微生物蛋白聯(lián)產，顯著降低了轉化路線的綜合成本。