【人工合成淀粉:迷宫寻途2000天】2015年初,还在国外访问交流的蔡韬接到了马延和的电话:“未来所里计划做人工合成淀粉的项目,凭空制造。”

“凭空制造?这可能吗?”他有点惊讶。

6年后,他们把不可能变成了现实。中国科学院天津工业生物技术研究所(以下简称中科院天津工业生物所)通过复杂代谢途径的从头设计与精准调控,在国际上首次实现电/氢能驱动二氧化碳从头合成淀粉。9月24日,这一研究成果于《科学》在线发表。

图:实验人员在做淀粉遇碘显色试验。 倪思洁摄

△ 从0到1 从无到有

淀粉作为一类重要的高分子碳水化合物,为人类生存提供了所需的热量。1万多年来,农业种植都是生产淀粉的唯一途径。

可植物光合作用的能量效率低、生长周期长,为了应对粮食安全问题,科学家探索出了杂交育种、模块育种、分子育种等办法,还建立了人工光合系统。

“但这些都没有脱离植物本身的固碳模式。就像是跑得再快,本质上还要依靠双脚。能不能跳出这个模式,造一辆汽车呢?”中科院天津工业生物所所长、人工合成淀粉项目首席科学家马延和说。

与此同时,我国的二氧化碳减排压力巨大,而以二氧化碳为原料合成所需物质是摆在所有科学家面前的一道难题。

“利用二氧化碳合成淀粉”,一听说这个项目,即便是领域内的知名专家也纷纷摇头,“植物的光合作用已存在十几亿年,至今还未完全弄清楚系统机制,你们能从头合成”?

大家的质疑不无道理,这是从没有人做过的事,翻遍所有文献库,也找不到任何关于合成路径、研究方法的线索。

2018年7月24日下午,中科院天津工业生物所副研究员、人工合成淀粉项目经理蔡韬在实验室楼上的会议室里,准备参加中科院重点项目阶段评审会。自立项以来,他和同事已试验了两年多,尝试了无数次,但都以失败告终,眼看着为期3年的项目就要完结,他们的压力积攒到了最大值。

3点多钟,蔡韬接到了实验室技术员乔婧发来的一张照片。照片中并排的3个试剂管,中间的碘溶液呈淡淡的蓝紫色,与左右两边的无色和深蓝色状态对比明显。

“两边的是对照组,中间的是最新一次的试验结果,与碘溶液反应变蓝。”乔婧说。

蔡韬立即打电话确认,得到肯定的回复后,仍不放心,一路小跑至实验室,直到亲眼见到试剂管,他才抑制不住地喊道,“太好了!太好了!我汇报时终于可以说‘制造路径全线打通’。”

技术员孙红兵记得,那天大家都很开心,蔡老师一改往日的严肃,脸上挂满了笑容。

“相当于长征路上的遵义会议。”“那真是我见过最美的颜色。”蔡韬对《中国科学报》记者说。

至此,人工合成淀粉正式迈出了“从0到1”的一步,人类对于生命科学的认知边界又拓宽了一点。

△ 迷宫寻途 从有到优

成功的喜悦抹平了此前所有的遗憾,以至于他们在讲述研究历程时,会下意识地将前期困难一笔带过。

可最初接到这一项目时,就连他们自己都不相信能做出来。自然反应中,淀粉合成与积累涉及约60步代谢反应和细胞器间运输,在工业生产中,必须将其简化,又必须保证所有反应的充分和精准。

因此,如何将农业中复杂的合成途径简化为工业生产所需的简单合成途径,是人工合成淀粉面临的最大挑战。

经过计算机算法挖掘和筛选,研究人员在起点二氧化碳和终点淀粉之间,最终锁定了30条可能的路径,每一条包含9~12步重要反应。

每一条可能的路径都是一座“迷宫”。他们就处在每座首尾相连、层层嵌套的迷宫入口。每一座迷宫中又有数个“关卡”,也就是生化反应,想要过关,必须寻找到相应的“钥匙”,即能催化反应的特定的酶。

等到好不容易通关时,往往还是见不到淀粉。毕竟可能的路径有30条,只有走对了唯一的一条,才算成功。

“这些被看作‘钥匙’的酶可能存在于自然界中,也可能并不存在,需要重新设计。最难的是,不同于‘一把钥匙开一把锁’,同一个酶能催化多个反应,但又会带来‘副作用’。”蔡韬说。

6年中,有近一半的时间,他们都卡在这些不同的路径里,有时找不到高效催化反应的酶;有时酶会优先和前面的底物反应,而后面的底物无酶可用;有时只能走通某一部分。

为了通过迷宫中的层层关卡,蔡韬等人与十几个课题组合作。“一个团队力量有限,希望能找到细分领域里最专业的人来合作。”他说。

那时的孙红兵、乔婧都变得异常敏感,她们怀疑自己做的每一个步骤。“可能是溶液加错、剂量没看准,是自己犯了低级错误”。可每一次重复后,她们不得不面对的事实是,操作没有错误,这条路行不通。

“与课题组同时进行多个课题不同,我们是项目制管理,6年中只有这一个项目,所以无论遇到什么都不会放弃。”蔡韬说,“最坏的结果就是失败,科研中的失败再正常不过,大不了从头再来。”

一次,蔡韬外出交流,会上有位科学家提出“利用二氧化碳电/氢还原合成甲醇”。“听到这个思路的一瞬间,我打了个激灵,脑子像通了电一样。我们是不是能以此为鉴,先将二氧化碳转化成甲醇,再将甲醇合成淀粉?”他说。

后来,便有了那张碘溶液呈淡蓝色的照片。

9月15日,《中国科学报》记者在中科院天津工业生物所看到,蔡韬手持一个15毫升的离心管,里面装有大半管的白色粉末,他介绍,“这是利用二氧化碳合成的第一管淀粉,与植物提取淀粉一模一样。”

如果说2018年他们完成了“从无到有”,那么从2018年至今,他们实现了“从有到优”。

△ 走出迷宫 探寻未知

在人工合成淀粉的试验中,蔡韬要找“最简单的路径”,在生活中,他也是如此。从家里到研究所,通常他会选择转弯最少、红绿灯最少的那一条路,慢慢地走。“这条路最直,行人也少,便于专心思考问题。”他说。

在孙红兵看来,蔡老师太想做成了,他满脑子都是项目,只要讨论试验,他的双眼便会立刻亮起来,声调也变得丰富。

“最让我感动的是,为了让我们专心试验,他会铺好所有的路,大到试验设计、与其他合作者沟通试验技术,小到买三角瓶、试剂管,6年来的每一天,他一刻都不愿耽搁。”孙红兵告诉《中国科学报》。

也正是如此,他们才能在相对短的时间内,完成对关键酶的定向改造,耦合从二氧化碳到甲醇的化学过程与从甲醇到淀粉的生物过程中反应条件的兼容,最终将合成效率提高130倍。与植物自然生成相比,其碳转化率提高了20~40倍。

实验室的小会议室,见证着他们的每一次讨论与争执,也见证着71页论文文稿的55次修改。

“蔡老师对文稿熟悉到什么程度呢?前几天我们需要查两个单词,单词所在的页数和位置,他脱口而出。”孙红兵说。

有一次,蔡韬改累了躺在床上休息,收到中科院天津工业生物所研究员江会锋发来的一个链接,标题中,他隐约瞥见了二氧化碳、淀粉的字眼,当即从床上弹起来,困意全无,心怦怦地跳,“不会有人已经做出来了吧”,他紧盯着手机加载条,直到看完摘要才长舒一口气,“原来是不同的研究,虚惊一场”。

科学研究令人着迷和残酷之处均在于此,当研究者身陷迷宫,在各个关卡奋力拼搏时,往往不知道领域内有多少位“竞争者”,更无从得知彼此的进度。他们只能逼迫自己快一点,再快一点,因为开拓者的桂冠只属于最先到达的人。

2021年8月,《科学》审稿通过,且不需补做任何试验。审稿专家认为,该工作“是一项里程碑式突破,将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响”。

时隔6年,蔡韬等终于走出了迷宫的弯弯绕绕,来到了更广阔的天地,他是世界上第一个走到这里的人。他很自豪,更重要的是,他想继续往前走,去追求更大、更多的未知。https://t.cn/A6Mfhbc7

问:永宁寺这么多老“菩萨”,常年在这里修学,风雨无阻,确实看了让人感动。他们明白要往生西方。因为年纪大的原因,在这修学的过程当中,怎样能作到更如理如法?结合他们年纪大,念到一心不乱相当难。确保往生更有把握,我父母就是在这里的。一个八十四岁,一个八十五岁,子女都学佛,我们都很焦急哪!该如何如理如法助他们一臂之力,以尽我们的大孝?

大安法师答:这个条子也是孝子写的。首先永宁寺这么多老“菩萨”常年在这儿修行净土法门,风雨无阻,确实令人随喜、赞叹。你们有这样的信愿之力,阿弥陀佛都会知道的,如来悉知悉见。往生不一定非得要一心不乱不可。你只要深信切愿,尽自己最大力量去多多念佛,阿弥陀佛在我们临命终时,一定会拿着莲台来接引我们的。

要知道确保往生这桩事情,是阿弥陀佛给我们的承诺。不是全靠我们的功夫,阿弥陀佛第十八愿告诉我们,“设我作佛,十方众生,至心信乐,欲生我国,乃至十念,若不生者,不取正觉”。“十方无量无边的众生,只要闻到我的名号,产生至诚的信心、欢喜,发愿到我的刹土,你哪怕念十声,我都能让你往生;如果不能往生,我就不成佛。”

现在法藏菩萨已经成佛了,所以我们至心信愿念佛,乃至十声都决定往生。现在我们在这里还不止十声,而是每天一万声,两万声,三万声,那还能不往生吗?阿弥陀佛给了我们这个庄重的承诺,我们只要去相信,只要发出恳切的愿,厌离娑婆,欣求极乐。

这个“愿”是要成就的,不要等到阿弥陀佛来的时候,你又贪生怕死,“哎呀!想想我的孙子还没有考上大学,我的孙女还没有结婚,等我完成这两个事情再往生”。要告几年假,那就麻烦了。这时候你不要请假,阿弥陀佛一来,义无反顾赶紧走。提前从“牢房”里面释放,你要随时以欢喜心跟阿弥陀佛走。阿弥陀佛在我们临命终时,他第十九愿就告诉我们,“你只要深信切愿念佛,我临命终时都来接引”。

阿弥陀佛是接引佛。我们东林寺塑的就是接引佛的形象,他的右臂伸得很长,来接引我们;然后接引我们的神识在他左手的莲台上。而且是站立的姿态。所以自己对往生这个事情,要有决定的信心,作得生想,作往生净土已经成办之想:“我虽然身体在这个娑婆世界,我的心已经在极乐世界了,已经是极乐世界的嘉宾了,已经在阿弥陀佛的大悲光明的摄受之下。”摄受是什么意思?阿弥陀佛光明力量很大,一把你抓住,你想跑到其他地方都跑不掉,直接让你到极乐世界去了。

所以你们这些老菩萨在这边念佛,要安心的念佛,安乐的念佛,欢喜的念佛,就等待临命终时最辉煌的一刻到来了。一来,带着灿烂的笑容就走了。那你的这些子女们,也为自己的父母感到高兴。不仅临命终高兴,现在就要为你的父母高兴。你父母能够在这里这样精勤努力的念佛,已经说明他决定能往生。

你不要去焦急,不要去担心,这阿弥陀佛已经跟我们作了保证的事情。你只要相信阿弥陀佛,你就一定相信你的父母决定能够往生。所以你要你父母感到安乐,感到欢喜,感到随喜,就可以。你常常对父母说:“你们去了之后,别忘了到时候等我往生,你要把阿弥陀佛请过来,把我接过去。我们到极乐世界再重逢。”

——大安法师《文昌帝君阴骘文广义节录》第15讲(融法恭录)

#人生感悟#
[微风][微风][微风]
让身边人不得不喜欢你的29招

1.永远记住:长相不会令人讨厌,只有愚蠢,虚伪,不礼貌,自已为是,狂妄自大,说大话,不办实事的人才是最令人厌恶的。

2.气质是关键。如果时尚学不好,宁愿纯朴。

3.与人握手时,可多握一会儿。他会体会到你的真诚。

4.与别人交谈时,笑容是杀伤性最强的一种祕密武器。你的微笑会让对方放松戒备,很快与你成为无话不谈的好朋友。

5.不要没事发脾气,生活不是电视剧。

6.少在别人面前抱怨“好无聊啊”,你越说无聊,别人越觉得你无聊。

7.与人打车时,请抢先坐在司机旁。

8.有人在你面前说某人坏话时,你只微笑。

9.自己开小车,不要特地停下来和一个骑自行车的同事打招呼。人家会以为你在炫耀。

10.同事生病时,去探望他。很自然地坐在他病床上,回家再认真洗手。

11.不要把过去的事全让人知道,把自己弄的像白纸一样,对自己没多大好处。

12.尊敬不喜欢你的人。

13.别人批评你的时侯,一定让他把话说完,即使你是对的。如果你选择争辩,那你的麻烦就大了去了。

14.尊重批评你的人,因为他们才能让你真正意义上的进步。

15.自我批评总能让人相信,自我表扬则不然。

16.没有什么东西比围观者们更能提高你的保龄球的成绩了。所以,平常不要吝惜你的喝彩声。

17.不要把别人的好,视为理所当然,要知道感恩。谁出生都不是为了侍侯你而出生的,即便他是保姆。

18.榕树上的“八哥”在讲,只讲不听,结果乱成一团。学会聆听。听明白了再说,而且要抓住重点的说,那么你就是超一流的谈判专家。

19.尊重传达室里的师傅及搞卫生的阿姨,把拉圾扔到拉圾桶,在公交车上给老人让座,这些小事却能很大程度上增加你的魅力。

20.说话的时候记得常用“我们”开头。会拉近彼此之间距离。

21.为每一位上台唱歌的人鼓掌,他会对你有份特别感动。


22.有时要明知故问:你的钻戒很贵吧!有时,即使想问也不能问,比如:你工资是多少?

23.话多必失,人多的场合少说话。

24.把未出口的“不”改成:“这需要时间”、“我尽力”、“我不确定”、“当我决定后,会给你打电话````````这是种成熟的表现。(同时也是用人单位常用的技俩,我们毕业大学生在就业的时侯,大多数都碰到过用人单位说回去等电话的时侯,那这时侯你就可以考虑换一家单位了)

25.不要期望所有人都喜欢你,那是不可能的,让大多数人喜欢就是成功的表现。

26.当然,自己要喜欢自己。

27.如果你在表演或者是讲演的时候,如果只要有一个人在听也要用心的继续下去,即使没有人喝采也要演,因为这是你成功的道路,是你成功的摇篮,你不是让观众成功,而是要你自己成功。

28.坚持在背后说别人好话,别担心这好话传不到当事人耳朵里。举个最好理解的例子:比如你和你女朋友生气,闹的很凶,你可能说一千,道一万都不能合好如初,这时侯最好的办法是找你女朋友的最好朋友,她的一句话顶你一千句,你信不?

你就让她传三句话,保证解决问题:

(1)你老公对你一直不都很好吗,

(2)又给你买这个,又帮你做那个,怎么还能因为拌两句嘴就分啊,

(3)好吧,还能真分咋的?

你女朋友肯定会说:哎,也是,凑和着过吧,但是这小子他气死我了,一会你帮我好好收拾这小子一顿。
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1.永远记住:长相不会令人讨厌,只有愚蠢,虚伪,不礼貌,自已为是,狂妄自大,说大话,不办实事的人才是最令人厌恶的。

2.气质是关键。如果时尚学不好,宁愿纯朴。

3.与人握手时,可多握一会儿。他会体会到你的真诚。

4.与别人交谈时,笑容是杀伤性最强的一种祕密武器。你的微笑会让对方放松戒备,很快与你成为无话不谈的好朋友。

5.不要没事发脾气,生活不是电视剧。

6.少在别人面前抱怨“好无聊啊”,你越说无聊,别人越觉得你无聊。

7.与人打车时,请抢先坐在司机旁。

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10.同事生病时,去探望他。很自然地坐在他病床上,回家再认真洗手。

11.不要把过去的事全让人知道,把自己弄的像白纸一样,对自己没多大好处。

12.尊敬不喜欢你的人。

13.别人批评你的时侯,一定让他把话说完,即使你是对的。如果你选择争辩,那你的麻烦就大了去了。

14.尊重批评你的人,因为他们才能让你真正意义上的进步。

15.自我批评总能让人相信,自我表扬则不然。

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17.不要把别人的好,视为理所当然,要知道感恩。谁出生都不是为了侍侯你而出生的,即便他是保姆。

18.榕树上的“八哥”在讲,只讲不听,结果乱成一团。学会聆听。听明白了再说,而且要抓住重点的说,那么你就是超一流的谈判专家。

19.尊重传达室里的师傅及搞卫生的阿姨,把拉圾扔到拉圾桶,在公交车上给老人让座,这些小事却能很大程度上增加你的魅力。

20.说话的时候记得常用“我们”开头。会拉近彼此之间距离。

21.为每一位上台唱歌的人鼓掌,他会对你有份特别感动。


22.有时要明知故问:你的钻戒很贵吧!有时,即使想问也不能问,比如:你工资是多少?

23.话多必失,人多的场合少说话。

24.把未出口的“不”改成:“这需要时间”、“我尽力”、“我不确定”、“当我决定后,会给你打电话````````这是种成熟的表现。(同时也是用人单位常用的技俩,我们毕业大学生在就业的时侯,大多数都碰到过用人单位说回去等电话的时侯,那这时侯你就可以考虑换一家单位了)

25.不要期望所有人都喜欢你,那是不可能的,让大多数人喜欢就是成功的表现。

26.当然,自己要喜欢自己。

27.如果你在表演或者是讲演的时候,如果只要有一个人在听也要用心的继续下去,即使没有人喝采也要演,因为这是你成功的道路,是你成功的摇篮,你不是让观众成功,而是要你自己成功。

28.坚持在背后说别人好话,别担心这好话传不到当事人耳朵里。举个最好理解的例子:比如你和你女朋友生气,闹的很凶,你可能说一千,道一万都不能合好如初,这时侯最好的办法是找你女朋友的最好朋友,她的一句话顶你一千句,你信不?

你就让她传三句话,保证解决问题:

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