我国首次实现从一氧化碳到蛋白质的合成，这与合成淀粉有区别吗？

中国农业科学院饲料研究所10月30日发布，我国在国际上首次实现从一氧化碳到蛋白质的合成，已经形成万吨级的工业生产能力，获得首个饲料和饲料添加剂新产品证书。今天就和大家聊聊这次的研究以及与合成淀粉的区别。

01，关于这个题目

题目有一定的误导，大家要在看“热闹”的同时看下“门道”哈。

1，【首次】实现一氧化碳到蛋白这个宣传是不合适。

从一氧化碳到蛋白，是本研究所用菌株的特点，该菌株1994年由ABＲINI J 从兔粪便中分离，其特点就是：可以用一氧化碳作为底物。

2，本研究的优势在于改良菌株的合成效率

新闻上说

突破了乙醇梭菌蛋白核心关键技术，大幅度提高反应速度（22秒合成），创造了工业化条件下一步生物合成蛋白质收率最高85%的世界纪录。

具体手段可能是诱变，基因工程等方法（毕竟2013年José M已经解读了其基因组）。

3，很多人可能会和二氧化碳合成淀粉相比，但是其实这可以说是完全不同的两种内容，合成淀粉难了n个数量级。

一氧化碳合成蛋白质——发酵

二氧化碳合成淀粉——有机合成。

02，何谓发酵？

其实，提到从无机化合物到有机化合物这个过程，学化学的人会想到化学合成，而学生物的人会想到生物合成。

生物合成，是自然界最广泛的反应之一，尤其是植物和微生物广泛存在，比如大家最熟悉的光合作用，就是用植物或者微生物细胞，将二氧化碳和水固定下来形成有机物。

而发酵自然也是生物合成的一大过程，只不过很多时候，人们容易把发酵局限在了“分解、降解”领域，比如我们日常的酒、酱油都是发酵产物，就连我们的馒头一样是发酵的，可以说，发酵领域是生物学科下的一大门类，包括著名的茅台院士，也是做发酵的，领域是“白酒酿造工艺”。

其实，发酵的总体定义更应该是：

借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身、或者直接代谢产物或次级代谢产物的过程。

03，生物合成蛋白质

这次提到的从一氧化氮合成蛋白质，是个发酵过程，本质上就是生物合成。研究人员采用的是乙醇梭菌。

我们刚好有他们发表的文章，如下，发表于《动物营养学报》的一篇文章

该文章的单位是新闻里提到的农科院和普朗生物公司，也有新闻中采访到的薛敏博士。

从薛敏研究员的专利来看

她主要从事的是饲料相关领域研究，这也和本次报道的合成蛋白质相关，因为蛋白质是饲料中的重要成分，也是衡量饲料品质的一大因素。在该文章，很好的为我们揭秘了这次新闻报道的内容：

我们从中可以得出：

1，乙醇梭菌本身是一种发酵菌体( Clostridium autoethanogenum)，ABＲINI J于1994年发现，这是当年论文里的菌株（Archives of Microbiology，影响因子2.3，中科院4区）

2，乙醇梭菌本身可以用一氧化碳（CO）作为原料来进行液态发酵。

这在1994年ABＲINI J 发现该菌株的时候就报道了其特性，题目明确写着：

an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide

一种可以从一氧化碳产生乙醇的厌氧菌。

ABＲINI J 测试了其底物（substrates），发现可以用一氧化碳，氢气，二氧化碳等。

当用一氧化碳作为底物的时候，其合成产物效率

3，这种成分的应用价值在于：获得高蛋白质生物饲料原料乙醇梭菌蛋白。

由此，我们可以得出结论：新闻的研究并不是创造了新菌株，而是改造菌株，em，这是生物工程里的基本操作。

04，课题组做了什么？

这一点，我们只能从新闻中来管窥。

1，进行了细菌改造

中国农科院饲料所与北京首朗生物技术有限公司经多年联合攻关，突破了乙醇梭菌蛋白核心关键技术，大幅度提高反应速度（22秒合成），创造了工业化条件下一步生物合成蛋白质收率最高85%的世界纪录。

从这段新闻，我们可以看到，他们应该是对这个工程菌进行改造，提高了合成效率，当然具体改造过程，肯定是专利。

2，描述了生物工程概念

该项研究以含一氧化碳、二氧化碳的工业尾气和氨水为主要原料，“无中生有”制造新型饲料蛋白资源乙醇梭菌蛋白，将无机的氮和碳转化为有机的氮和碳，实现了从0 到1的自主创新，具有完全自主知识产权。

这段话的前半部分不用看，生物工程都是这么描述的，你甚至可以来形容任何一个生物过程，比如放屁对于人来说就是“无中生有”过程，因为你吸入的是氧气，最后在人体代谢后生成了二氧化碳。

后半段可以看一下，就是有知识产权。而作者在那篇文章中也介绍到了和新闻一样的内容：生产一万吨乙醇可以获得1500吨菌体蛋白。

05，与合成淀粉的区别

大家容易将这个内容和合成淀粉进行比较。但是，个人认为，这二者还是有区别的。

合成淀粉最大的优势在于，脱离了细胞的存在，直接用有机的办法来催化，这也是有机合成近些年来的重大突破，所以相关研究发表在了《Science》上。

反过来，你要是用生物学的手段来做，就没那么吸引力了，一个举世皆知的光合作用就可以满足你的需求，单细胞生物也可以光合作用啊，根本不需要什么有机合成，给点光和水加二氧化碳就满足了。

同样，人工合成氨难度很大，需要专门的工厂设备，可是自然界利用氮气的植物都有呢，比如根瘤菌。

反正，除了个别单质（比如碳），真的很少听说某种化合物生物无法代谢的。

而这次是一种发酵技术，通过一种菌种改进，提高了其合成蛋白效率，依然属于传统生物工程的一环。

如何评判，我相信聪明的你一定看得出来。

[1]魏洪城,郁欢欢,陈晓明,晁伟,邹方起,陈沛,郑银桦,吴秀峰,梁旭方,薛敏.乙醇梭菌蛋白替代豆粕对草鱼生长性能、血浆生化指标及肝胰脏和肠道组织病理的影响[J].动物营养学报,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.