中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所10月30日發(fā)布，我國(guó)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)從一氧化碳到蛋白質(zhì)的合成，已經(jīng)形成萬(wàn)噸級(jí)的工業(yè)生產(chǎn)能力，獲得首個(gè)飼料和飼料添加劑新產(chǎn)品證書。今天就和大家聊聊這次的研究以及與合成淀粉的區(qū)別。

01，關(guān)于這個(gè)題目

題目有一定的誤導(dǎo)，大家要在看“熱鬧”的同時(shí)看下“門道”哈。

1，【首次】實(shí)現(xiàn)一氧化碳到蛋白這個(gè)宣傳是不合適。

從一氧化碳到蛋白，是本研究所用菌株的特點(diǎn)，該菌株1994年由ABＲINI J 從兔糞便中分離，其特點(diǎn)就是：可以用一氧化碳作為底物。

2，本研究的優(yōu)勢(shì)在于改良菌株的合成效率

新聞上說(shuō)

突破了乙醇梭菌蛋白核心關(guān)鍵技術(shù)，大幅度提高反應(yīng)速度（22秒合成），創(chuàng)造了工業(yè)化條件下一步生物合成蛋白質(zhì)收率最高85%的世界紀(jì)錄。

具體手段可能是誘變，基因工程等方法（畢竟2013年José M已經(jīng)解讀了其基因組）。

3，很多人可能會(huì)和二氧化碳合成淀粉相比，但是其實(shí)這可以說(shuō)是完全不同的兩種內(nèi)容，合成淀粉難了n個(gè)數(shù)量級(jí)。

一氧化碳合成蛋白質(zhì)——發(fā)酵

二氧化碳合成淀粉——有機(jī)合成。

02，何謂發(fā)酵？

其實(shí)，提到從無(wú)機(jī)化合物到有機(jī)化合物這個(gè)過(guò)程，學(xué)化學(xué)的人會(huì)想到化學(xué)合成，而學(xué)生物的人會(huì)想到生物合成。

生物合成，是自然界最廣泛的反應(yīng)之一，尤其是植物和微生物廣泛存在，比如大家最熟悉的光合作用，就是用植物或者微生物細(xì)胞，將二氧化碳和水固定下來(lái)形成有機(jī)物。

而發(fā)酵自然也是生物合成的一大過(guò)程，只不過(guò)很多時(shí)候，人們?nèi)菀装寻l(fā)酵局限在了“分解、降解”領(lǐng)域，比如我們?nèi)粘５木?、醬油都是發(fā)酵產(chǎn)物，就連我們的饅頭一樣是發(fā)酵的，可以說(shuō)，發(fā)酵領(lǐng)域是生物學(xué)科下的一大門類，包括著名的茅臺(tái)院士，也是做發(fā)酵的，領(lǐng)域是“白酒釀造工藝”。

其實(shí)，發(fā)酵的總體定義更應(yīng)該是：

借助微生物在有氧或無(wú)氧條件下的生命活動(dòng)來(lái)制備微生物菌體本身、或者直接代謝產(chǎn)物或次級(jí)代謝產(chǎn)物的過(guò)程。

03，生物合成蛋白質(zhì)

這次提到的從一氧化氮合成蛋白質(zhì)，是個(gè)發(fā)酵過(guò)程，本質(zhì)上就是生物合成。研究人員采用的是乙醇梭菌。

我們剛好有他們發(fā)表的文章，如下，發(fā)表于《動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)》的一篇文章

該文章的單位是新聞里提到的農(nóng)科院和普朗生物公司，也有新聞中采訪到的薛敏博士。

從薛敏研究員的專利來(lái)看

她主要從事的是飼料相關(guān)領(lǐng)域研究，這也和本次報(bào)道的合成蛋白質(zhì)相關(guān)，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)是飼料中的重要成分，也是衡量飼料品質(zhì)的一大因素。在該文章，很好的為我們揭秘了這次新聞報(bào)道的內(nèi)容：

我們從中可以得出：

1，乙醇梭菌本身是一種發(fā)酵菌體( Clostridium autoethanogenum)，ABＲINI J于1994年發(fā)現(xiàn)，這是當(dāng)年論文里的菌株（Archives of Microbiology，影響因子2.3，中科院4區(qū)）

2，乙醇梭菌本身可以用一氧化碳（CO）作為原料來(lái)進(jìn)行液態(tài)發(fā)酵。

這在1994年ABＲINI J 發(fā)現(xiàn)該菌株的時(shí)候就報(bào)道了其特性，題目明確寫著：

an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide

一種可以從一氧化碳產(chǎn)生乙醇的厭氧菌。

ABＲINI J 測(cè)試了其底物（substrates），發(fā)現(xiàn)可以用一氧化碳，氫氣，二氧化碳等。

當(dāng)用一氧化碳作為底物的時(shí)候，其合成產(chǎn)物效率

3，這種成分的應(yīng)用價(jià)值在于：獲得高蛋白質(zhì)生物飼料原料乙醇梭菌蛋白。

由此，我們可以得出結(jié)論：新聞的研究并不是創(chuàng)造了新菌株，而是改造菌株，em，這是生物工程里的基本操作。

04，課題組做了什么？

這一點(diǎn)，我們只能從新聞中來(lái)管窺。

1，進(jìn)行了細(xì)菌改造

中國(guó)農(nóng)科院飼料所與北京首朗生物技術(shù)有限公司經(jīng)多年聯(lián)合攻關(guān)，突破了乙醇梭菌蛋白核心關(guān)鍵技術(shù)，大幅度提高反應(yīng)速度（22秒合成），創(chuàng)造了工業(yè)化條件下一步生物合成蛋白質(zhì)收率最高85%的世界紀(jì)錄。

從這段新聞，我們可以看到，他們應(yīng)該是對(duì)這個(gè)工程菌進(jìn)行改造，提高了合成效率，當(dāng)然具體改造過(guò)程，肯定是專利。

2，描述了生物工程概念

該項(xiàng)研究以含一氧化碳、二氧化碳的工業(yè)尾氣和氨水為主要原料，“無(wú)中生有”制造新型飼料蛋白資源乙醇梭菌蛋白，將無(wú)機(jī)的氮和碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)的氮和碳，實(shí)現(xiàn)了從0 到1的自主創(chuàng)新，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

這段話的前半部分不用看，生物工程都是這么描述的，你甚至可以來(lái)形容任何一個(gè)生物過(guò)程，比如放屁對(duì)于人來(lái)說(shuō)就是“無(wú)中生有”過(guò)程，因?yàn)槟阄氲氖茄鯕?，最后在人體代謝后生成了二氧化碳。

后半段可以看一下，就是有知識(shí)產(chǎn)權(quán)。而作者在那篇文章中也介紹到了和新聞一樣的內(nèi)容：生產(chǎn)一萬(wàn)噸乙醇可以獲得1500噸菌體蛋白。

05，與合成淀粉的區(qū)別

大家容易將這個(gè)內(nèi)容和合成淀粉進(jìn)行比較。但是，個(gè)人認(rèn)為，這二者還是有區(qū)別的。

合成淀粉最大的優(yōu)勢(shì)在于，脫離了細(xì)胞的存在，直接用有機(jī)的辦法來(lái)催化，這也是有機(jī)合成近些年來(lái)的重大突破，所以相關(guān)研究發(fā)表在了《Science》上。

反過(guò)來(lái)，你要是用生物學(xué)的手段來(lái)做，就沒(méi)那么吸引力了，一個(gè)舉世皆知的光合作用就可以滿足你的需求，單細(xì)胞生物也可以光合作用啊，根本不需要什么有機(jī)合成，給點(diǎn)光和水加二氧化碳就滿足了。

同樣，人工合成氨難度很大，需要專門的工廠設(shè)備，可是自然界利用氮?dú)獾闹参锒加心?，比如根瘤菌?/p>

反正，除了個(gè)別單質(zhì)（比如碳），真的很少聽(tīng)說(shuō)某種化合物生物無(wú)法代謝的。

而這次是一種發(fā)酵技術(shù)，通過(guò)一種菌種改進(jìn)，提高了其合成蛋白效率，依然屬于傳統(tǒng)生物工程的一環(huán)。

如何評(píng)判，我相信聰明的你一定看得出來(lái)。

[1]魏洪城,郁歡歡,陳曉明,晁偉,鄒方起,陳沛,鄭銀樺,吳秀峰,梁旭方,薛敏.乙醇梭菌蛋白替代豆粕對(duì)草魚生長(zhǎng)性能、血漿生化指標(biāo)及肝胰臟和腸道組織病理的影響[J].動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào),2018,30(10):4190-4201.

[2]ABＲINI J，NAVEAU H，NYNS E J，et al，Clostridium autoethanogenum，sp． nov．，an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide［J］． Archives of Microbiology，1994，161( 4) : 345－351．

[3]Bruno-Barcena, J. M.; Chinn, M. S.; Grunden, A. M. (2013)."Genome Sequence of the Autotrophic Acetogen Clostridium autoethanogenum JA1-1 Strain DSM 10061, a Producer of Ethanol from Carbon Monoxide".Genome Announcements.1(4): e00628-13–e00628-13.