Instytut badawczy Chińskiej Akademii Nauk i Narodowe Centrum Innowacji Biotechnologii Syntetycznej „po raz pierwszy na świecie uzyskały syntezę skrobi z dwutlenku węgla. Naukowcy są przekonani, że będzie to miało rewolucyjny wpływ na przyszłą produkcję rolną i bioprodukcję” – donosi nagłówek w „Global Times”, które jest o tyle czasopismem globalnym, co jednak chińskim.

Gdy słyszę takie wiadomości, zwłaszcza płynące z Chin, to uczucia mam mieszane. Podziw bowiem miesza się w nich z niedowierzaniem i pewnym zimnym dreszczem. Skoro jednak praca nad zrobieniem podstawowego żywnościowego wielocukru „w probówce”, a mówiąc prosto – zastąpieniem fotosyntezy, znajduje swe miejsce w prestiżowym „Science”, bo na publikację tegoż powołuje się „Global Times”, niedowierzanie musi prysnąć. Pozostaje podziw i dreszcz.

W starym dobrym świecie, który właśnie przemija na naszych oczach, od co najmniej 3,5 miliarda lat i chyba bez żadnej większej przerwy podstawą produkcji pierwotnej (czyli tego, co zjadają kolejne piętra pokarmowej piramidy) była fotosynteza. Nie zawsze robiły ją rośliny. Zaczęło się od przodków bakterii zwanych dziś sinicami. Zostały one potem zjedzone przez przodków komórki roślinnej, w której zamieszkały i tak oto mamy dziś świat pełen wyewoluowanej i biologicznie wyszukanej zieloności – od sinic po storczyki przez sekwoje.

Wieczna walka o plony

Fotosynteza to bardzo skomplikowany biochemiczny proces wykorzystujący zielony barwnik roślinny – chlorofil, który jest w stanie „chwytać” fotony światła. Dzięki tej „spułapkowanej” energii rozbija cząsteczkę wody, skąd powstaje tlen wyrzucany do atmosfery oraz wodór. Ten ostatni buduje chemiczny potencjał (jak w elektrochemii, czyli powiedzmy ogniwie galwanicznym zwykłej baterii, albo jeszcze lepiej – silniku samochodów „na wodór”) i potrafi redukować dwutlenek węgla. Czyli z owego dwutlenku powstaje w wielu kolejnych reakcjach stopniowo zachodzących w „ciałkach zieleni”, chloroplastach, znacznie bardziej wyładowany wodorem węglowodan, czyli cukier prosty –glukoza. Kolejne enzymatyczne przemiany sprawiają, że z glukozy powstają łańcuchy skrobi, ta zaś zwija się w ziarna skrobi. Każde z nich jest jak odcisk palca rośliny, z której pochodzi.

Tak oto powstaje podstawa żywności na świecie: od bulw manioku, przez ziarno ryżu, pszenicy i kukurydzy, po ziemniaki. Całe rolnictwo, „wynajdowane” przez łowców-zbieraczy w wielu punkach świata od 10-12 tys. lat, cała uprawa, skupiała się zawsze na powiększeniu wydajności powstawania skrobi. Plon sześćdziesięciokrotny już w czasach biblijnych zastąpił zatem sześciokrotny, dziś zaś walka toczy się o kilkaset razy wyższe poziomy produkcji, niż wykazywały pierwotne rośliny, które stopniowo udomawialiśmy i „uszlachetnialiśmy”. Zwłaszcza przez ostatnie ćwierć wieku, korzystając z gigantycznego zasobu ich sekwencji DNA i technik inżynierii genetycznej.

Ma Yanhe, dyrektor Instytutu Biologii Przemysłowej w Tianjin i autor artykułu zatytułowanego „Bezkomórkowa chemoenzymatyczna synteza skrobi z dwutlenku węgla”, powiedział mediom, że jego instytut opracował nową ścieżkę nienaturalnego wiązania dwutlenku węgla i syntezy skrobi od podstaw w 11-etapowej reakcji. Prosto tłumacząc tę wypowiedź, sam proces obmyślany przez ponad 6 lat przez młody chiński zespół badawczy nie ma wiele wprost wspólnego z tym, co dzieje się w liściach, czyli tych wszystkich kilkudziesięciu etapów fazy jasnej i ciemnej fotosyntezy. Naturalna synteza i akumulacja skrobi obejmuje ponad 60 reakcji metabolicznych i złożoną regulację fizjologiczną, a teoretyczna wydajność konwersji energii wynosi obecnie tylko około 2 procent.

Co to oznacza? Gdy obrócić to w żart, to Juliusz Machulski był w „Seksmisji” prorokiem nie pierwszy raz. Mianowicie istotnie da się wytwarzać „o, to różowe, bardzo dobre. Pięć, albo nawet sześć” – jak ocenił Maksiu syntetyczną żywność w 10-stopniowej skali – np. pod ziemią, w kopalnianych sztolniach, bo produkcja żywności z dwutlenku węgla nie wymagałaby światła. Skrobia może być w przyszłości wytwarzana z dwutlenku węgla w procesie podobnym do warzenia piwa, bo dwutlenek węgla można zredukować do metanolu, który da się przekształcić w skrobię.

Ta zaś i jej pochodne są wykorzystywane na potrzeby przemysłu spożywczego, papierniczego oraz farmaceutycznego oraz w przemyśle włókienniczym, kosmetycznym, tekstylnym czy do produkcji klejów. Nie o samo wyżywienie zatem chodzi.

Układ napędzany wodorem

Zaproponowany przez chińskich biotechnologów hybrydowy szlak chemiczno-biochemiczny syntezy skrobi z dwutlenku węgla i wodoru odbywa się w systemie bezkomórkowym. Szlak składa się z 11 podstawowych reakcji i został opracowany w wyniku analizy biocybernetycznej, poprzez modułowe składanie i podstawienie oraz zoptymalizowanie przez bioinżynierię trzech kluczowych dla procesu enzymów związanych. Układ jest zatem bez żywych komórek, ale z reagentami i enzymami białkowymi w fermentorze (chemoenzymatyczny) z segregacją przestrzenną i czasową (czyli nie wszystko naraz do jednego kotła), napędzany zaś jest wodorem.

Wstępne testy laboratoryjne pokazują, że skrobia syntetyczna jest około 8,5 razy bardziej wydajna w utylizacji dwutlenku węgla, niż skrobia produkowana w rolnictwie konwencjonalnym. Jak wyjaśnia autor tekstu w „Global Times”, Wang Qi, przy dostatecznym zaopatrzeniu w energię i aktualnych parametrach technicznych roczna produkcja skrobi z 1 m³ bioreaktora jest równoważna rocznej produkcji skrobi z 5 mu (chińska jednostka powierzchni gruntu, 5 mu to 0,33 ha) kukurydzy w Chinach. Jego anonimowi informatorzy z wnętrza Chińskiej Akademii Nauk natomiast dodają: „Nowa droga umożliwiła przeniesienie produkcji skrobi z tradycyjnej uprawy rolnej na produkcję przemysłową. I być może w przyszłości możliwe będzie zaspokojenie naszego zapotrzebowania na węglowodany bez rolnictwa”. Wspominałam już o byciu przejętą raczej zimnym dreszczem, nieprawdaż?

Inwencja zwana rolnictwem przewróciła przecież świat do góry nogami. Łowcy-zbieracze osiedli, zmienili plan swych domostw z krągłego na prostokątny, zbudowali miasta, zaczęli pracować regularnie, ustaliła się nowa struktura społeczna, wreszcie nowe społeczne stosunki, gdzie jedni posiadali lepszą ziemię, a inni gorszą, lub żadnej. Nastąpił gigantyczny przyrost demograficzny.

Cai Tao, główny autor artykułu w „Science” powiedział „Global Times”, że jeśli przyszły koszt ich eksperymentalnego podejścia może obniżyć się do poziomu bardziej opłacalnego od rolnictwa, pozwoli to zaoszczędzić ponad 90 proc. gruntów ornych i słodkowodnych oraz unikać negatywnego wpływu pestycydów i nawozów chemicznych na środowisko. Ma to poprawić bezpieczeństwo żywnościowe, rozwój gospodarczy, neutralność pod względem emisji dwutlenku węgla i będzie promować zrównoważone społeczeństwa.

Well, well… Na ile to są pobożne życzenia, a na ile istotna możliwość uczynienia raju na Ziemi, pokaże czas. Jestem przekonana, że Chińczycy nie zrezygnują z rozwoju tej technologii. Ostatecznie świat dziś woła głośnio z wielu ambon, że „zrównoważone zaopatrzenie w skrobię zbożową oraz konwersję i wykorzystanie dwutlenku węgla z atmosfery to kierunki innowacji naukowych i technologicznych”. Zwłaszcza, że mimo wszelkich demograficznych restrykcji, ich populacja będzie nadal rosła. Syntetyczna skrobia to jednak kamień, którym zabijają nie tylko tego ptaka, jakim jest perspektywa głodu i braku ziemi uprawnej w Państwie Środka, ale i trzy inne.

Chiny zyskują przewagę?

Chińskie aspiracje do globalnego przywództwa politycznego poprzez R&D (badania i rozwój, od ang. research and development, prowadzące do innowacji, doskonalenia technologii, wynalazków itp.) dostają poważnego „kopa w górę”. Dziś nikt na świecie – według mojej wiedzy – nie ociera się nawet o półmetek, do którego właśnie dobili Chińczycy. Wziąwszy zaś pod uwagę walkę o absolutne przywództwo w lokalnej przestrzeni geopolitycznej, gdzie nadal niedożywienie jest poważnym problemem (Indie), oraz o jej poszerzanie w stronę państw tzw. Trzeciego Świata (Afryka), to może się okazać, że niezależnie od swych dzisiejszych kosztów, technologia „przemysłowej sztucznej skrobi” może się okazać co najmniej języczkiem u wagi. Przynajmniej jako zagadnienie piarowe.

Chińscy eksperci bardzo rzeczowo i po chińsku merkantylnie próbują sprzedać medialnie swoje szokujące osiągniecie: „Uprawa roślin zazwyczaj wymaga długiego czasu i wymaga użycia dużej ilości ziemi, wody, nawozów, pestycydów i innych materiałów do produkcji rolnej… Projekt sztucznego systemu biologicznego do syntezy skrobi niezależnie od fotosyntezy roślin to jest przełomowa technologia, która będzie miała ogromny wpływ na świat”.

Ja podsumuję to obrazem z „Seksmisji”, kiedy to najstarsza starowinka przechowuje w pudełku po butach zakamuflowanego przed strażniczkami ziemniaka, który jej wykiełkował. Przechowuje go niczym najdroższy skarb, bo „to prawdziwa skrobia, a nie te wasze syntetyki”. I gotowa jest powiedzieć Lamii z Archeo wszystko, tylko za słoik prawdziwego truskawkowego dżemu.

Rolnictwo nie jest odwieczne, a ziemniaki są naszym przysmakiem tak naprawdę dopiero od XIX wieku, jednak dziś wiąże nas z nimi nie tylko ekonomia, ale i sentyment. I smak. Coś, co jest trudne do przeliczenia na tony dwutlenku węgla oraz yuany, ale istnieje realnie w naszym mózgu. I to tu będzie się ewentualnie dokonywał skrobiowy przełom.

– Magdalena Kawalec-Segond

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy

Źródła:

https://www.globaltimes.cn/page/202109/1235013.shtml
https://www.eurekalert.org/news-releases/929369
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh4049