一群青年科学家的“甜蜜”奋斗路

　　青年科学家杨建刚一直在寻找一把“神奇的钥匙”——超级酶，那是他们“施展魔法”的秘密武器。过去10多年，中国科学院天津工业生物技术研究所的糖生物合成与绿色制造青年团队做了一件听上去很魔幻、却关乎国家战略的大事——把二氧化碳“变”成糖。这支由80后、90后青年科研人员组成的年轻队伍荣获2026年度中国青年五四奖章集体。

　　从空气中“挤”出糖

　　种植糖料作物的过程漫长且低效，有些对人类健康非常有益的糖产品，在自然界含量又很少。我国广西和云南的部分地区是主要的糖料种植区，因为收益微薄，农民的种植意愿并不高。

　　可看上去不起眼的糖，不仅关乎国计民生，更是重要战略物资。我国长期面临糖“高消费、低自给”的结构性矛盾。“目前我国每年糖消耗量在1500万吨左右，其中有1/3依赖进口。”该青年团队的负责人孙媛霞说。

　　团队持续追问：能不能摆脱对土地的依赖？能不能找到新方法，绕过传统的植物光合作用，在车间里直接“造”出糖来？带着这样的问题，这支平均年龄不到35岁的青年团队一头扎进了人工合成糖的“无人区”。

　　人工转化二氧化碳精准合成糖，听起来很酷，做起来却“步步惊心”。“这是全球都关注的难题，大家一直都在努力寻找最优方案。”杨建刚说。

　　如何突破限制，这些年轻的科研人员把目光投向了意想不到的原料——甲醇。此前，科学家已经成功将二氧化碳通过化学方法固定合成甲醇，他们把这个过程称为制造出“液态阳光”。

　　科研人员在实验室里搭起一条神奇的“分子生产线”。他们又进一步构建了人工生物转化系统，突破了关键酶限速瓶颈，实现甲醇等非粮低碳分子合成蔗糖。也就是说，他们重构物质生产的底层逻辑，开发出全新的生物合成系统，真正实现二氧化碳从头转化合成蔗糖。

　　杨建刚说，合成的葡萄糖等糖分子可作为工业生物制造关键原材料，再合成其他化学品。不仅如此，按照这条路线，除了二氧化碳以外，还能以煤炭、工业废气等原料制备甲醇，进一步转化为所需要的糖等碳水化合物。更难得的是，他们将制糖时长从传统的“年”压缩到“小时”。

　　寻找“超级酶”

　　空气“造”糖，其中酶催化剂，是这个合成系统能否运行的关键，他们需要筛选出能高效催化反应的“超级酶”。

　　要找到“完美”的催化剂，如同大海捞针。但这些年轻人对此颇有信心。因为就在几年前，中国科学院天津工业生物技术研究所实现了从二氧化碳到淀粉的实验室人工合成，杨建刚当时参与了二氧化碳人工合成淀粉项目，“那次成功对我们是很大的鼓舞”。二氧化碳成功合成淀粉后，他们接着设想，能不能让二氧化碳合成糖？

　　一开始，他们在自然界天然存在的生物酶中寻找催化剂“候选者”。然而，经历了无数次失败后，糖分子依然没有在试管中出现，他们渐渐意识到这条路走不通。“我们走了一段很长的弯路。”杨建刚回忆，也有少数时候，糖分子偶然“闪现”，但转化率太低，且非常不稳定。

　　他们决定用工程化设计的方式，改造天然催化剂。杨建刚解释说，将二氧化碳转化为葡萄糖，需要1个化学催化剂和7个酶元件。也就是说，他们需要对7个酶元件进行“改造”。

　　“与合成淀粉不同，前者是要解决链延长的过程；而合成糖，要解决糖的分子构型问题，这个过程是比较难的。”杨建刚说，为了攻下难关，团队成员每天泡在实验室里，对每个催化剂反复筛选、测试和验证，反复失败又再出发，常常到深夜12点，实验室还是灯火通明。

　　直到一个深夜，一位年轻的博士后坐在实验室又一次打开了液相色谱图，发现产物曲线在预定的色谱位置出现了。那一瞬间，他们知道，“可能成了！”他们终于从上千种组合适配的测试中，找出了“最合适的7个”。

　　然而，另一个难题出现了——最初试管里的人工合成糖转化率只有10%。这意味着，如果不把转化率提上去，根本无法实现量产，且成本过高。

　　他们又埋头开始新一轮攻关，终于将能量转化效率做到自然光合作用的3.5倍，碳-糖转化速率达到自然水平的23倍，这是目前公开报道的最高水平。

　　按照这种新研究方法获得的糖，可作为原料应用于食品、医药等领域，缓解日益增长的人口对糖的需求压力。特别是在我国提出“双碳”目标的大背景下，将二氧化碳转化为淀粉、糖等人类生产生活必需品，既消耗了二氧化碳，又保证了国家的用糖安全，一举多得。

　　回想当时的攻坚经历，杨建刚感慨，“有沮丧、有失落，但科学研究就是这样，不断经历失败，然后再来。”他常对团队里年轻的博士生和硕士生说，当把所有可能的问题都解决的时候，成功自然就水到渠成了。

　　让中国人的生活过得更甜

　　如果说攻克二氧化碳合成糖是仰望星空，那么深耕健康糖制造，就是这些青年科研人员脚踏实地、服务人民的担当。

　　人体所需要的70%左右的能量由糖提供。己糖是自然界中分布最广、数量也最丰富的单糖，己糖家族还有以阿洛酮糖、塔格糖等为代表的稀少糖，它们具有与食糖相似的甜味口感，但血糖生成指数低，对糖尿病患者等非常友好。

　　阿洛酮糖甜度约为蔗糖的70%，热量仅为蔗糖的0.3%到0.4%，对促进消化、控制体重、抑制血糖均能起到一定作用，是有助于减肥及改善体脂率的新一代天然甜味剂。然而，这种健康糖在自然界中含量极低，传统提取方式成本太高，此前，人工合成阿洛酮糖的核心技术一直被国际巨头垄断，迫切需要开发具有独立自主知识产权的关键制造技术。这也成为这支团队为之奋斗了18年的另一重要研究方向。

　　他们围绕关键酶制剂开发、工业菌种构建等持续攻关，随后又经历了漫长的报批等流程。终于，功夫不负有心人，他们率先开发出阿洛酮糖等10余种健康糖的绿色制造工艺，多项成果被鉴定为国际领先水平，单笔技术转让费最高超6000万元，在广西、山东、河南等地建成千吨和万吨级生产线，带动上下游产业营收超50亿元，在全球稀少糖生物制造领域树立起“中国标杆”。让这些年轻人感到欣慰的是，如今，这些“健康糖”已经开始走出实验室，越来越多地走进人们的日常生活。

　　这几年，杨建刚受邀到高校与年轻学子分享科研之路，总有人问他，“你们团队为什么这么能打？”他说，32人的队伍里，35岁以下青年占八成以上，“我们敢于让年轻人在重大科研任务中挑大梁、当主角”。

　　他自己的成长经历就是最好的注脚：一名只会做基础实验的科研“小白”，能有机会参与国家级重大课题；在一次次失败与突破中跌倒又爬起来，经历了千锤百炼，终于成为能独当一面的科研骨干。

　　这些年，该团队里人才辈出，对这些年轻人而言，重要的不仅是产出80余项核心专利、上百篇科技论文，还有将科学精神传递到社会，例如组织糖科普活动。当孩子们围着他们瞪大眼睛问“二氧化碳怎么变成糖”时，他们知道，科学家精神的火种，正在传递。

　　他们不敢停下奔跑的脚步，因为他们的志向是，把科研成果转化为国家发展的引擎，让中国人的生活过得更甜。