“我们的目标不只是发论文”

蔡韬中科院天津工业生物所供图

■本报记者 张晴丹

一年前，一篇在《科学》刊发的文章改变了中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称天津工业生物所）副研究员蔡韬的人生轨迹。

文中描述的核心技术——二氧化碳人工合成淀粉瞬间被推上热搜，很快又在学术圈刷屏，并在国际上引起轰动。这是蔡韬过去6年“孤注一掷”的研究。披星戴月的苦熬终让天方夜谭变成了现实。这项重大突破性进展入选2021年度中国科学十大进展。

“凭空制造”，两全其美

2015年，当蔡韬接到“人工合成淀粉”的项目时，他也不相信能做出来。这是天津工业生物所所长马延和很早就萌生出的一个设想，并给这个项目取了一个特别好听的名字——“凭空制造”。

那时候，合成生物学在我国刚起步，在国际上也是很前沿的学科。天津工业生物所前瞻性地瞄准了“二氧化碳人工合成淀粉”这一国家重大战略性科技问题。

研究生阶段主要从事基础研究的蔡韬很想在应用领域有所建树，于是决心去啃这块“硬骨头”。

淀粉在生活中很普遍，粮食中70%~80%的组分都是它。既然这么常见，为何还要费时费力用二氧化碳合成呢？到底有什么重要意义？

对此，蔡韬解释说：“我们的目标不只是发论文。”从全球范围看，粮食生产消耗了38%的土地和70%的淡水资源，但仍有超过1亿人处于严重饥饿状态。粮食安全可能是未来全人类面临的重大挑战，其中的关键是如何用有限的土地和淡水资源生产更多粮食。

另一方面，二氧化碳大量排放导致的温室效应又是一个重大挑战。“二氧化碳人工合成淀粉这项技术对于缓解温室效应大有助益。这项技术经过改造后，能以二氧化碳为原料生产各种各样的化学品，为替代传统石化资源提供了一种可能路线。”在蔡韬看来，这是两全其美的创新。

那微弱的蓝色瞬间令他热血沸腾

“凭空制造”听起来很浪漫，但仅仅是一个想法，那方天地尚无人踏足，全世界都没有任何数据、资料支撑。

植物合成淀粉需要约60步代谢反应，遍布纷繁复杂的调控机制。自然界的鬼斧神工岂能轻易被人类复刻？是否可以设计出更简单的淀粉合成途径，是研究团队面临的最大挑战。

“我一直不想做一些跟随或者重复性的工作。做开创性的工作虽然异常艰难，值得冒险一试。”蔡韬说。

前两年，蔡韬和同事在无数次实验中败兴而归。虽然每个模块都有一定进展，但从头到尾的那条线始终未能串通。每个人都承受着巨大压力，心里沉甸甸的，就连开会讨论时的气氛也很压抑，有时还会激烈争论这条路到底是否可行。虽然经历了无数次失败，蔡韬和团队成员仍然在二氧化碳人工合成淀粉这条路上艰难前进。

坚持到第3年终于有了转机。2018年7月24日，正在参加一个项目进展交流会的蔡韬突然收到实验室技术员乔婧发来的一张照片。照片上碘溶液试管里透出的微弱蓝色，瞬间令他热血沸腾。因为只有淀粉遇碘才会变蓝。

为了确定这一真实性，蔡韬赶紧安排了重复实验。结果第二天，他们再次收获了“淀粉蓝”。人工合成淀粉终于实现“0到1”的突破，他可以自豪地说：“‘凭空制造’这条路真的全线打通了。”

不过，这只是1.0版本，效率非常低，蔡韬和同事又创造了2.0和3.0版本。通过3个版本的迭代，他们把淀粉生产强度提高了136倍，把植物约60步的反应简化到11步。

“我们人工合成淀粉的效率是玉米作物的8.5倍。”蔡韬介绍，根据他们的推测，在能量供给充足的条件下，1立方米反应罐的淀粉年产量相当于5亩土地的玉米淀粉年产量。值得一提的是，通过这种方式还可以开展淀粉定向合成，想要直链淀粉或是支链淀粉都可轻松实现。

6年里，他们只做了这一件事，光是记录实验的笔记就积攒了30多本。至此，经过2000多个日夜的奋战，沉寂6年的团队终于交上了一份比较满意的答卷。

喜欢吃糖的孩子掉进了糖罐子

孩童时代，当和小伙伴讨论长大后想当什么时，蔡韬果断地说出“科学家”。

求学路上，他朝着这个理想不断奋进。在南京农业大学硕博连读期间，哪怕是一些从未接触过的领域，只要导师提供一些材料、方法和建议，他都能逐步摸索出其中的门道。

大胆假设和反复尝试，蔡韬总有股敢为人先的拼劲儿、闯劲儿。当年，同学普遍采用化学转化法进行质粒转移时，他已完成非模式菌电转化的关键步骤，解决了许多问题。

实验室成了蔡韬的第二个家，在实验室忙到很晚是家常便饭。“我很喜欢分析实验结果，就像福尔摩斯探案一样，通过一个结果反推出到底哪里有问题。”蔡韬非常享受这样的过程，“怎么形容那种感觉呢？就好比你特别喜欢吃糖，又刚好掉到糖罐子里的那种幸福感”。

能进入这个领域、成为天津工业生物所里被委以重任的青年科学家，蔡韬认为自己是幸运的。“如果当初没有马老师把我领进来，我也不会找到想为之奋斗一生的方向。”

随着文章的发表，蔡韬原本沉寂单一的生活多了些许喧嚣，受邀采访、上节目、拿奖……纵然有很多光环加身、被更多人簇拥，蔡韬的内心依旧平静无波，因为他的志向从来都不是为了发一篇文章和出名。

“一开始我们的目标就是淀粉工业化车间制造。目前离我们认为的成功相差甚远，仍需像原先那样，继续把‘冷板凳’坐下去。什么时候真正在车间把淀粉规模化生产出来，我才敢说‘比较接近成功了’。”蔡韬说。

最让他开心的事是淀粉研究中心的成立，蔡韬说起此事时语调激昂。除了包括他在内的5位原班核心人员外，淀粉研究中心预计再招20余人。这将是一支庞大的科研队伍，“我们又可以放手一搏了”。

岁月里深深浅浅的脚印逐渐淡去，初涉科研时的青涩模样已然蜕变，蔡韬成为稳重成熟的项目带头人，唯有对科学探索之心始终如一。