我国实现人工合成蛋白质！可达万吨级工业产能！未来可期
原创2021-10-31 16:17
蛋白质与我们的生活息息相关，关于人工合成蛋白质，有没有效果。我们是不是可以喝西北风了，乐观派说也许有一天我们都可以不用去种地了，直接解决食物问题。不乐观的人会说：人工合成蛋白质与人工合成淀粉，真的可以吃吗？可能制造的蛋白质或者淀粉都是有害的，我们也要去考虑成本的问题。人类也可以把一氧化碳合成蛋白质？让它成为食物吗？经过科学家的坚持不懈6年多的攻克，我国终于迎来了最伟大的发明。
第一个合成的蛋白质
在1965年，我国完成世界上第一个蛋白质的合成。在同年的9月17日，完成了结晶牛胰岛素的全合成。胰岛素是一种蛋白质类激素，它是能降低血糖的激素，并且是人体内唯一的。也是唯一促进糖原，脂肪，蛋白质合成的激素。它的分子量比较小，结构也很复杂，所以在蛋白质中有着特殊的地位。
1921年，加拿大的外科医生从狗的萎缩胰脏中取出了胰岛素研究，并初步的纯化的动物胰岛素，可以用在糖尿病患者当中。1923年胰岛素的发现，被认为是糖尿病研究史上的里程碑。从胰腺中提取的胰岛素纯化后，英国的科学家从1945年，经过长达10年的研究，在1955年，牛胰岛素的一级结构，测定了生物中第一个蛋白质的一级结构。牛胰岛素的一级结构是由A链和B链两条肽链一共有51个氨基酸残基组成的生物大分子，两条肽链的个别氨基酸残基不同。 A链含有11种21个氨基酸残基，6位和11位上是通过二硫键相连成环的。隔壁内只含有16种30个氨基酸残基，A链和B链是通过流量相互连接成的胰岛素分子。
在1958年，我国的科学家提出了合成胰岛素。经过了6年的时间，终于在1965年的9月份得到了全合成的牛胰岛素结晶。全合成牛胰岛素结晶重复了4次才得到。人工合成的牛胰岛素是世界上第一个合成的蛋白质，也让人类探索新的征途前进了一大步。人工合成结晶牛胰岛素在我国取得了很大的成就，他的成功证明了蛋白质的一级结构。
中国首发颠覆性成果
淀粉是高分子碳水化合物，是葡萄糖分子聚合而成的多糖。淀粉有两类直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉中有几百个葡萄糖单元而支链淀粉含有几千个葡萄糖单元。淀粉可以吸附许多有机化合物和无机化合物。而我们的生活中也离不开淀粉，它在食品中常见，也是重要的工业原料。我国科学院天津工业生物技术研究所所长和他的团队发表了颠覆性成果，在全世界首次实现了二氧化碳到淀粉的合成，是研究领域的重大突破。从二氧化碳和氢气合成淀粉的化学中，人工淀粉合成代谢途径，有11种核心反应组成，通过计算机设计通过模块组装和取代，并通过三种相关酶的蛋白质进行优化。二氧化碳通过无机催化剂还原了甲醇，然后由酶转化3和6个碳糖，然后转化为聚合物淀粉。这种人工淀粉的合成来自很多不同的生物工程重组酶。可以合成其他固定系统的速度、效率。二氧化碳人工生物转化方面一直是一个难点，然后取得的突破就是一个颠覆性的成果。2018年美国NASA提出了二氧化碳制造葡萄糖的挑战，但是没有实现人工淀粉突破。把二氧化碳资源转化为材料，化学食品等绿色的产业，会产生很重要的影响，也确立了一个新的思路，新的创新，新的起点。2018年第一次成功合成淀粉，带来喜悦的同时，也准备了很多，更加注重实用性。提高人工淀粉的合成效率，在两年多的时间里合成效率将提高100多倍。虽然你实际还有很大的差距，但是在未来的产业中他将有很大的潜力。
首次实现人工合成蛋白质形成亿万级工业产能
据相关报道，2021年10月30日宣布，我国在一碳生物合成领域取得了重大的突破，全世界首次实现了一氧化碳到蛋白质的合成，已经形成了万吨级工业产能。为此也弥补了我国农业的短板，提高了国之利器，促进国家“双碳”的实现。根据相关研究员的介绍，蛋白质的天然合成通常是在植物或者植物体内具有固碳功能的微电微生物，在通过光合作用形成的碳水化合物的糖类，再与三羧酸循环多个复杂的生物经过在于酶反应。形成蛋白质的合成也需要氨基酸，从而合成蛋白质。但是在一些复杂的遗传表达，生理调控等生命的过程，他的反应是比较缓慢，物质和能量的转化效率也低，然后最终的蛋白质含量也会低。他也强调在人工合成的条件下，利用天然存在的一氧化碳和氮源生物合成蛋白质。经过中国科龙苑饲料所与北京首兰生物技术有限公司的多年研究，突破乙醇梭菌蛋白核心的关键技术，大幅度提高了反应，速度创造了工业化条件，下一步生物合成蛋白质的收率，它的最高世界纪录是85%。实现了从0~1的自主创新突破，自主研发。工业化生产1000万吨的乙醇梭菌蛋白含量有83%，这相当于2800万吨的大豆进口。有了这些新技术，可以减少二氧化碳2.5亿吨的排放。
人工合成淀粉与人工合成蛋白质，将影响着全世界。可节约90%的耕地与淡水，解决了粮食危机，提高粮食的安全。由于疫情的原因，减少了国际上的来往，也为了减少疫情的传播。疫情虽然过了大半，但是国外的疫情还在增长，减少了两国的贸易往来，同时也暴露了一个问题，就是粮食的安全。我国是一个世界人口大国，也是世界上最大的发展中国家。长期依赖进口，如果发生了粮食危机，将会使我国造成粮食供应不足。同时，也会影响着其他的行业，农业是国民经济的基础，没有农业，其他的也不能保证。“谁控制了石油谁就控制了所有国家，谁控制了食物谁就控制了全人类”这是美国的卿基辛格所说的。因此，粮食安全是最重要的。推进“碳达峰”和“碳中和”，更是解决全球的气候变化，为它提供新的方法。
对于资源的利用减少资源加工量能减少碳的排放，我们要通过提高资源的效率，材料的替代等能够减少资源的使用量，减少资源的加工过程呢，就能消费的减少二氧化碳的排放。工业生产是能源资源环境的多个因素和生产加工的多个环节，相互促动的过程。通过工业技术的改变，节能技术的发展也可以减少二氧化碳的排放。对于大数据，推动5G， 人工智能等新一代的技术，在工业中的应用加快了工业互联网的发展，也推动了大规模的使用优化，工业生产的流程提高了管理和效率，提升自动化的水平，对于能源的使用要进一步的加强提高能源效益，通过光伏，水力发电等，并减低能源生产的碳排放。要实现我国工业碳中和的目标，我国的工业体系需要大部分的提升，其中钢铁，水泥，化石等行业的能源要达到国际领先水平。