Scienziati cinesi hanno recentemente segnalato una via de novo per la sintesi artificiale dell'amido dall'anidride carbonica (CO ₂ ) per la prima volta. I risultati rilevanti sono stati pubblicati in Scienza il 24 settembre.

Il nuovo percorso consente di spostare la modalità di produzione dell'amido dalla tradizionale coltivazione agricola alla produzione industriale, e apre una nuova strada tecnica per sintetizzare molecole complesse da CO ₂ .

L'amido è il componente principale del grano, nonché un'importante materia prima industriale. Attualmente, è prodotto principalmente da colture come il mais fissando la CO ₂ attraverso la fotosintesi. Questo processo coinvolge circa 60 reazioni biochimiche e una complessa regolazione fisiologica. L'efficienza di conversione energetica teorica di questo processo è solo del 2% circa.

Strategie per l'approvvigionamento sostenibile di amido e l'uso di CO ₂ sono urgenti per superare le grandi sfide dell'umanità, come la crisi alimentare e il cambiamento climatico. Progettare nuovi percorsi diversi dalla fotosintesi delle piante per convertire la CO ₂ to starch è una missione S&T importante e innovativa e sarà una tecnologia dirompente significativa nel mondo di oggi.

Per affrontare questo problema, gli scienziati dell'Istituto di biotecnologia industriale di Tianjin (TIB) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) hanno progettato un sistema chemioenzimatico e una via anabolica dell'amido artificiale composta da sole 11 reazioni principali per convertire la CO ₂ in amido.

Questo percorso è stato stabilito da una strategia di "mattoni", in cui i ricercatori hanno integrato moduli catalitici chimici e biologici per utilizzare energia ad alta densità e CO . ad alta concentrazione ₂ in modo biotecnologicamente innovativo.

I ricercatori hanno sistematicamente ottimizzato questo sistema ibrido utilizzando la segregazione spaziale e temporale, affrontando questioni come la concorrenza del substrato, inibizione del prodotto, e adattamento termodinamico.

Il percorso artificiale può produrre amido da CO ₂ con un'efficienza 8,5 volte superiore alla biosintesi dell'amido nel mais, suggerendo un grande passo verso l'andare oltre la natura. Fornisce una nuova base scientifica per creare sistemi biologici con funzioni senza precedenti.

"Secondo gli attuali parametri tecnici, la produzione annua di amido in un bioreattore di un metro cubo equivale teoricamente alla resa annua di amido dalla coltivazione di 1/3 ettaro di mais senza considerare l'apporto energetico, " ha detto Cai Tao, autore principale dello studio.

Questo lavoro aprirebbe una finestra per la produzione industriale di amido da CO ₂ .

"Se il costo complessivo del processo può essere ridotto a un livello economicamente comparabile con l'impianto agricolo in futuro, si prevede di risparmiare oltre il 90% delle terre coltivate e delle risorse di acqua dolce, " ha detto MA Yanhe, corrispondente autore dello studio.

Inoltre, aiuterebbe anche a evitare l'impatto ambientale negativo dell'uso di pesticidi e fertilizzanti, migliorare la sicurezza alimentare umana, favorire una bioeconomia a emissioni zero, e infine promuovere la formazione di una biosocietà sostenibile.

TIB si è concentrata sulla biosintesi dell'amido artificiale e sulla CO ₂ utilizzo dal 2015. Per svolgere tale ricerca S&T orientata alla domanda, sono stati raccolti tutti i tipi di risorse per l'innovazione e l'integrazione di "disciplina, compito e piattaforma" è stato rafforzato per ottenere un coordinamento efficiente degli sforzi di ricerca.