心动信号如何传输？科学家揭开结构秘密
心律不齐作为常见的心血管疾病,多发于老年人群。然而，伴随着生活方式的转变，中青年人群的患病几率也越来越大。
当我们的心脏跳动时，心肌细胞的收缩与舒张依靠一种微小但却十分精细的电信号来控制，在细胞内部和细胞之间有着钠、钾、钙等离子通道，当这些通道发生故障时，就会导致心脏不规则跳动。
近日，中国科学院物理研究所与美国华盛顿大学合作发表于《细胞》的一项研究，解析了钠通道突变体NaV1.5/QQQ处于开放状态的冷冻电镜结构，揭示了抗心律不齐药物普罗帕酮（Propafenone）与开放状态钠通道的结合位点。这将为开发新的抗心律不齐药物提供结构基础。
心脏跳动，离不开Nav1.5
电压门控离子通道在人体众多生理过程中扮演着重要角色，如基因表达、神经信号传递、肌肉收缩、神经退行性疾病、心脏病、精神疾病等。离子通道蛋白是目前仅次于GPCR（G蛋白偶联受体）的第二大药物治疗靶点。
钠离子参与着心脏跳动、神经系统调控、肌肉收缩等生理过程。电压门控钠离子通道（Nav）蛋白家族包括9个成员，即Nav1.1-1.9，这些成员的序列相似，同时具有组织特异性，Nav1.1-1.3主要分布在人体的大脑中枢神经系统中，Nav1.4分布在骨骼肌中，Nav1.5分布在心脏中，Nav1.6-1.9分布在周边神经系统中。
当心肌细胞的膜电位发生变化时，Nav1.5会被立即激活，开启通道闸门，以便使Na+顺利从细胞膜外进入膜内，此时，Nav处于开放态。当一定量的Na+进入膜内后，产生了新的动作电位，心肌细胞收缩。为了避免因过多Na+内流造成细胞受伤，Nav会随即关闭，进入失活态。至此，就完成了一次信号传递，也就完成了一次心脏跳动。
近年来，中国科学院物理研究所特聘研究员姜道华一直致力于解析Nav1.5的结构及其与临床药物分子的相互作用，2020年，尚在美国华盛顿大学做博士后的他曾和合作者一起，解析了心肌细胞NaV1.5在失活态的结构。
捕捉5毫秒的状态
虽然目前已有如利多卡因、氟卡尼和奎尼丁等抗心律不齐药物，临床上已应用了十几年，其效果也比较显著。但一个关键问题是，这些药物都有副作用。
“由于Nav的9个成员序列的相似性，当治疗药物作用于Nav1.5时，往往也会对其他成员造成影响，这就不可避免地带来恶心、晕厥等副作用。因此，大家希望能设计出有定向选择性的药物小分子，只对Nav1.5起作用。”姜道华告诉《中国科学报》，因此，解析其在不同构象的结构至关重要，能够为设计药物的提供结构基础。
据了解，对于心脏中Nav1.5而言，每次激活之后的开放状态仅仅维持5毫秒左右，是一个非常难以捕捉的状态。
如何才能抓住这一瞬间的动态并将其展示出来呢？
研究结果表明，在Nav1.5关闭时，需要一个名为IFM motif的结构域的帮助，IFM motif像一个塞子一样，堵在了通道上，以阻隔离子的传输。
“利用点突变的方法，我们将IFM motif突变成氨基酸QQQ，形成IFM/QQQ突变体后，它便无法发挥‘塞子’的功能，如此一来，Nav1.5便能一直保持开放状态。”姜道华说。
但很快，研究人员们又遇到了新的问题：Nav一直保持开放状态，Na+就源源不断地从膜外进入细胞内，还没等结构被纯化出，细胞就会因Na+浓度过高而死。
“这里就用到了抗心律不齐的药物小分子，通过反复筛选，我们发现，普罗帕酮作为阻断剂被作用于Nav1.5时，能够有效缓解细胞毒性。”姜道华说。
他介绍，“随后，我们利用冷冻电镜解析了3.4埃分辨率的开放态钠通道的结构，从原子水平上揭示了钠通道快速打开、快速失活和开放态阻断的结构基础。”
助力抗心律不齐药物研发
三维重构图显示，Nav1.5的四个亚基相互交叠，组成了一个近似长方体的中央通道，当它处于开放态时，四个亚基分别向外移动0.6纳米的距离，即一根头发丝的约1/80000。而当通道关闭时，四个亚基又恢复原位。
“钠离子通道真是非常非常精巧，只需要小小的移动，便可完成从开放状态到关闭状态的切换。”姜道华说，我们还发现，抗心律不齐药物普罗帕酮可以穿过开放状态下NaV1.5的激活开口，到达中央通道的高亲和力结合位点，特异性地阻断NaV1.5。
而后的电生理实验进一步证实，普罗帕酮是一种开放状态的阻断剂。
“这项研究通过巧妙的设计将通道定格在‘开放状态’这一瞬间状态，并利用结构生物学手段首次揭示了真核钠离子通道开放状态的结构特点。这项工作不仅仅加深了我们对包括Nav通道门控机制的理解，同时开放状态的结构也将极大的助力钠离子通道相关的药物的研发工作。”中国科学院生物物理研究所研究员赵岩评价说。（来源：中国科学报 刘如楠）
火星宜居性受体积限制
水对地球和其他行星上的生命来说必不可少，科学家已经发现大量证据表明，火星早期历史中存在水。但现在的火星表面并没有液态水。美国华盛顿大学圣路易斯分校的一项新研究提出了一个根本性的原因：火星可能体积太小，无法保留大量的水。
对上世纪80年代的火星陨石进行的遥感研究和分析认为，与地球相比，火星曾经富含水。美国航天局的维京轨道飞行器，以及最近火星表面的“好奇号”和“毅力号”漫游车传回了以河谷和洪道为标志的火星景观的引人注目的图像。
尽管有这些证据，但火星表面的确没有液态水。研究人员提出了许多可能的解释，包括火星磁场的减弱可能导致丰厚大气的流失。9月20日发表在美国《国家科学院院刊》的一项研究认为，今天的火星看起来与“蓝色大理石”地球如此不同，还有一个更根本的原因。
“火星的命运从一开始就注定了。”华盛顿大学艺术与科学学院地球与行星科学助理教授、该研究领衔作者王坤（音译）说，“岩石行星的体积，包括哪些体积超过火星的岩石行星，可能有一个临界值以保持足够的水，来支持其宜居性和板块构造。”
在新研究中，王坤和合作者使用钾元素的稳定同位素来估计挥发性元素在不同行星上的存在、分布和丰度。
钾是一种中等挥发性的元素，但科学家举行用它作为水等更具挥发性的元素和化合物的示踪剂。这是一种相对较新的方法，不同于以往利用遥感和化学分析收集的钾钍比率来确定火星曾经有过的挥发物的数量。在之前的研究中，该研究小组使用钾示踪剂的方法来研究月球的形成。
研究团队测量了之前确认的20块火星陨石的钾同位素组成，这些陨石被看作是火星大块硅酸盐组成的代表。他们确定火星在形成过程中比地球损失了更多的钾和其他挥发物，但保留了比月球和灶神星更多的这些挥发物，这两个天体比地球和火星小得多，也干燥得多。
研究人员发现，行星大小和钾同位素组成之间存在明确的关联。“在火星等行星中，挥发性元素及其化合物的丰度远低于原始未分化的陨石，这是一个长期存在的问题。”该研究共同作者、华盛顿大学地球和行星科学研究教授Katharina Lodders说，“这是一项新发现，对于不同的行星何时以及如何接收和失去它们的挥发物具有重要的定量意义。”
“火星陨石是我们可以用来研究火星整体化学组成的唯一样本。”王坤说，“其年龄从数亿年到40亿年不等，记录了火星不稳定的演化历史。通过测定钾等中挥发性元素的同位素，可以推断出体积行星的挥发性耗竭程度，并对不同太阳系天体进行比较。”
“火星表面曾经有液态水，这是无可争议的，但仅通过遥感和漫游者机器人开展研究，很难量化火星上曾经有多少水。”王坤说，“有很多关于火星水分含量的模型。在其中一些地区，早期的火星甚至比地球还要潮湿。我们认为情况并非如此。”
研究人员指出，这一发现对寻找火星以外的其他行星上的生命具有启示意义。离太阳太近（或者距离其恒星太近的系外行星）会影响行星体能够保留的挥发物的数量。这种距离测量经常被纳入恒星周围“宜居带”的指数中。
“这项研究强调，足以形成适宜居住的、水不会少也不会太多的表面环境的行星范围非常受限。”研究共同作者、瑞士伯尔尼大学空间和宜居性中心的Klaus Mezger说，“这些结果将指导天文学家在其他太阳系中寻找可居住的系外行星。”王坤认为，对于位于宜居带内的行星来说，在考虑一颗系外行星能否维持生命时，行星的大小应该被更加强调，并纳入常规考虑。（来源：中国科学报 晋楠）
植物照明时代来袭
麻省理工学院的工程师利用嵌入植物叶子中的特殊纳米颗粒，创造出了一种可以由LED充电的发光植物。充电10秒后，植物会发光几分钟，它们可以反复充电。相关研究近日发表于《科学进展》。这些植物产生的光比该研究小组2017年报告的第一代发光植物要亮10倍。
“我们想要创造一种发光植物，它的粒子会吸收光，储存一部分光，然后逐渐释放出来。”麻省理工学院化学工程教授、新研究资深作者Michael Strano说，“这是朝着植物照明迈出的一大步。”
“用活体植物的可再生化学能创造环境光，是一个大胆的想法。”论文作者之一、麻省理工学院建筑学教授Sheila Kennedy说，“这代表了人们对活体植物和照明用电看法的根本转变。”
这些粒子还可以促进任何其他类型的发光植物的发光，包括Strano实验室最初开发的植物光源。这些植物利用含有荧光素酶（在萤火虫中发现）的纳米颗粒产生光。“植物纳米仿生”是一个新兴领域，它可以混合和匹配插入到活体植物中的功能性纳米粒子，从而产生新的功能特性。
Strano的实验室多年来一直致力于植物纳米仿生这一新领域，该领域旨在通过将不同类型的纳米颗粒植入植物，赋予植物新的特征。他们的第一代发光植物含有携带荧光素酶和荧光素的纳米颗粒，其共同作用使萤火虫发光。利用这些粒子，研究人员培育出能发出昏暗光线的豆瓣菜植物，这些光线大约是数小时阅读所需光线的千分之一。
在新研究中，Strano和合作者想要创造出能够延长光线持续时间并使其更亮的组件。他们想到了使用电容的想法，电容是电路的一部分，可以储存电能，并在需要时释放出来。对于发光的植物来说，光电容器可以用来以光子的形式存储光，然后随着时间的推移逐渐释放光。
为了创造他们的“光电容器”，研究人员决定使用一种被称为荧光粉的材料。这些材料可以吸收可见光或紫外光，然后慢慢地以磷光的形式释放出来。研究人员使用了一种叫做铝酸锶的化合物作为他们的荧光粉，这种化合物可以形成纳米颗粒。在将它们植入植物之前，研究人员将微粒包裹在二氧化硅上，以保护植物免受损害。
这些直径达几百纳米的颗粒可以通过气孔（位于叶片表面的小气孔）进入植物体内。这些颗粒聚集在被称为叶肉的海绵状层中，在那里它们形成了一层薄膜。研究人员说，这项新研究的一个主要结论是，活体植物的叶肉可以在不伤害植物或牺牲光特性的情况下显示光子粒子。
可以吸收来自阳光或LED的光子。研究人员表示，在蓝色LED照射10秒钟后，他们的植物可以发出约1小时的光。在开始的5分钟里，光线最亮，然后逐渐减弱。正如该团队2019年在史密森尼设计学院的实验展览上展示的那样，这些植物可以持续充电至少两周。
“我们需要一种强烈的光，以脉冲的形式传递几秒钟，这样就可以给它充电。”麻省理工学院前博士后、论文主要作者Pavlo Gordiichuk说，“我们还证明可以使用大镜头，如菲涅耳镜头，将放大的光传输超过1米的距离。这朝着创造人们可以使用的规模照明迈出了良好一步。”
“史密森学会的植物属性展览展示了未来的愿景，活体植物照明基础设施是人们工作和生活空间的组成部分。”Kennedy说，“如果活体植物可以成为先进技术的起点，那么植物可能会取代目前不可持续的城市电网，为包括人类在内的所有依赖植物的物种带来共同利益。”
麻省理工学院的研究人员发现，“光电容器”方法可以在许多不同的植物物种中工作，包括罗勒、豆瓣菜和烟草。他们还证明，这种方法可以照亮一种名为泰国象耳的植物叶子，其叶宽可能超过一英尺，可作为户外照明源。
研究人员还调查了纳米颗粒是否会干扰正常的植物功能。他们发现，在10天的时间里，这些植物能够正常进行光合作用，并通过气孔蒸发水分。实验结束后，研究人员能够从植物中提取大约60%的荧光粉，并在另一种植物中重复使用。
Strano实验室的研究人员现在正致力于将荧光粉电容器粒子与他们在2017年的研究中使用的荧光素酶纳米颗粒结合起来，希望可以生产出能够在更长时间内发出更明亮的光的植物。
败血症是什么原因引起的
败血症是什么原因引起的
败血症就是指各种致病菌侵入血循环而引起的全身性感染，常见的致病菌有金黄色葡萄球菌，大肠杆菌，肺炎链球菌和肺炎克雷伯菌，败血症引起的原因有以下一些：
第一，皮肤黏膜发生破损和伤口感染，大面积烧伤，开放性骨折，感染性腹泻，化脓性腹膜炎都可以引起败血症。
第二，各种慢性病，比如营养不良，血液病特别是伴有白细胞缺乏者，肾病综合征，糖尿病，恶性肿瘤，肝硬化，肝癌，先天性免疫球蛋白合成减少都容易发生细菌感染，也可以导致败血症。
第三，各种免疫抑制药物的使用，还有抗代谢药，抗肿瘤药以及放射治疗，可以使免疫功能下降，出现败血症。
第四，长期应用广谱抗生素导致耐药菌株繁殖，增加感染的几率。
第五，各种侵入性的操作，比如内镜检查，插管，留置静脉导管，血液透析，脏器移植均有可能导致细菌进入到血循环，发生败血症。
用山毛榉树花预测熊入侵
近年来，黑熊屡屡在日本农村和郊区遭遇人类，导致山区附近居民伤亡。如何预测黑熊可能进入人类栖息地的时间，以警告居民采取措施？
日本信州大学教育学院教授Hideyuki Ida进行了一项为期15年的研究，想看看山毛榉坚果是否可以预测熊冒险到人类居住的地区寻找食物。为了预测山毛榉坚果的收成，他收集了山毛榉树的雄性和雌性生殖器官。近日，相关论文刊登于《景观与生态工程》。
山毛榉林是黑熊的主要食物来源。研究人员分析了多年来山毛榉的雌花、雄花序和填充杆，以及人们消灭的有害黑熊的数量。结果表明，山毛榉坚果产量和黑熊数量有关，这可为熊大规模入侵的早期预测提供依据。
在山毛榉树多的地区，通过观察初夏前山毛榉开花的程度，研究人员可以在一定程度上预测夏后是否会有熊从山上下来。也就是说，随着花朵数量的减少，熊入侵的风险趋于增加。
Ida说：“我很高兴在居住地区收集的科学数据可以用来帮助人们。”
研究人员表示，该研究结果有助于减少人和熊的直接冲突，促进更和谐的共存。“如果没有当地社区的合作，我们就不可能进入调查地点。此外，十分感谢学生和研究助理在抽样和计数方面的合作。”Ida说。
呼吁！关注肥胖相关健康问题而非减肥
在过去40年里，全世界肥胖者增加了两倍。与此同时，节食和减肥等行为也在激增。
但9月20日发表在细胞出版社（Cell Press）旗下期刊 iScience（《交叉科学》）上的一篇综述文章显示，在保持健康和降低死亡风险方面，增加体育活动和增强体质似乎比减肥更有效。作者说，采用体重中性的方法治疗与肥胖相关的健康问题，也可以降低反复节食带来的健康风险。
“我们想让人们知道，脂肪也可以是健康的，健康的身体有各种形状和尺寸。”文章作者之一、美国亚利桑那州立大学的Glenn Gaesser说，“但我们意识到，在一个痴迷于体重的文化中，那些不以减肥为重点的项目要获得关注可能是一个挑战。我们并不反对减肥，我们只是认为，它不应该成为评判干预项目成功与否的首要标准。”
文章作者之一、弗吉尼亚大学的Siddhartha Angadi说：“当你考虑到肥胖的生理现实时，这一点特别重要。体重是一种高度遗传的性状，体重减轻与重大的代谢改变有关，后者也会阻碍减肥效果的维持。”
肥胖与许多健康状况有关，包括心血管疾病、糖尿病、癌症以及骨骼和关节问题。但是体重摇摆不定（即不定期节食），也会导致健康问题，包括肌肉萎缩、脂肪肝和糖尿病。作者说，通过关注健康而不是减肥，人们可以获得更多锻炼益处，同时避免体重反复带来的风险。
目前的公共健康指南建议成年人每周进行150~300分钟中等强度的体力活动（相当于以休闲到轻快的步伐行走的强度）或75~150分钟高强度的体力活动（相当于慢跑或跑步的强度）。
“但重要的是要注意，锻炼的好处是依赖于数量的，最大的好处就是走出沙发区，至少做一些中等强度的活动。”Gaesser说，“同样重要的是要强调身体活动可以在一天中多次进行。例如，一天中多次短时间散步（即使每次短至2到10分钟）对健康的益处与一次长时间散步一样。”
在综述中，作者还引用了最近的一项研究，该研究比较了体重减轻带来的死亡率降低，与增加体力活动或心肺健康相关死亡率降低。后两者带来的死亡风险降低幅度始终大于有意减肥。
作者还研究了与减肥或增加体育锻炼相关的心血管疾病风险标志物的减少。他们使用了来自多个研究的荟萃分析，这些研究涵盖了不同时间和广阔地理区域。Gaesser指出：“科学证据基本上支持我在1996年首次出版的《大谎言》一书中提出的主要观点。”
另一方面，研究人员也承认现有研究的局限性，包括该领域严重依赖于流行病学研究，而这些研究并不能确定因果关系。他们还指出，只有大规模随机对照临床实验可以充分验证使用以健身为重点的方法对肥胖人群心脏代谢死亡风险的影响。
“然而，总的来说，这些流行病学研究显示了为什么荟萃分析是有用的。”Angadi说，“就体育活动和健康而言，流行病学证据得到了大量实验研究和随机对照实验的支持，它们为流行病学研究中的一致发现建立了可信的机制。”
研究人员用激光做饭
想象一下，你想煮什么就煮什么，厨师能够为你量身定制食物的形状、质地和味道，而这一切只要按下一个按钮就可以了。
美国哥伦比亚大学的工程师们一直在研究如何利用激光烹饪和3D打印技术组装食物。机械工程教授Hod Lipson的“数字食物”团队已经建立了一个完全自主的数字厨师。
“我们注意到，虽然打印机可以生产出毫米精度的原料，但没有一种加热方法可以达到同样的分辨率。”该实验室的博士Jonathan Blutinger说，“烹饪对许多食物的营养、风味和质地至关重要，我们想知道是否可以开发一种用激光精确控制这些特性的方法。”
近日，在发表于《npj食品科学》的一项新研究中，该团队探索了各种烹饪方式，他们将蓝光（445纳米）和红外光（980纳米和10.6微米）照射在鸡肉上，以此作为模型食物系统。他们打印了鸡肉样品（3毫米厚）作为试验物，并评估了一系列参数，包括烹饪深度、显色、保湿，以及激光烹制和火炉烹制肉类的味道差异。他们发现，激光烹制的肉类收缩幅度小50%，水分含量保持较高，并显示出与传统烹制的肉类相似的风味。
Blutinger说：“事实上，我们的两位盲试者更喜欢激光煮熟的肉，而不是传统煮熟的肉，这显示了这项新兴技术的前景。”
为何有人不喜欢西兰花
许多儿童和成人都不喜欢芸苔类蔬菜，如西兰花、花椰菜、卷心菜和抱子甘蓝等。芸苔属蔬菜和人类唾液之间的相互作用会影响口腔内气味的形成，而这又可能与个体的感知和喜好有关。
现在，澳大利亚研究人员在《农业和食品化学杂志》上发表论文称，这些挥发性化合物水平在父母和孩子之间是相似的，这表明共享口腔微生物群。他们还发现，高浓度导致孩子们不喜欢这些蔬菜。
芸苔属蔬菜含有一种称为S—甲基—L—半胱氨酸亚砜的化合物。当这类植物组织中的一种酶起作用时，会产生强烈的硫磺味，一些人口腔微生物群中的细菌也会产生相同的酶。不过，硫挥发物的产生量存在较大差异。
此前研究表明，成年人唾液中的这种酶水平不同，但儿童是否也有不同的水平，以及这是否会影响他们的食物偏好，目前尚不清楚。
澳大利亚联邦科学与工业研究组织的Damian Frank进行了这项研究，希望调查儿童和成人唾液中硫挥发产物的差异，并分析这如何影响人们对芸苔属植物的接受程度。
研究人员使用气相色谱—嗅觉测定—质谱法来鉴定生的和蒸熟的花椰菜、西兰花中的主要气味活性化合物。然后，他们让98对6至8岁的儿童/父母对关键气味化合物进行评分。二甲基三硫化物散发着腐烂、含硫和腐臭的气味，是儿童和成人最不喜欢的。
然后，研究小组将唾液样本与生花椰菜粉混合，分析随时间推移产生的挥发性化合物。他们在个体之间发现了硫挥发物存在巨大差异，并且儿童通常与他们的父母具有相似的水平，这或可由相似的微生物群组解释。
唾液中产生大量硫挥发物的儿童最不喜欢生的芸苔属蔬菜，但这在成年人身上没有发现，他们可能随着时间的推移学会了忍受这种味道。
研究人员说，这些结果为为什么有些人喜欢芸苔属蔬菜而其他人（尤其是儿童）不喜欢提供了一个新的潜在解释。
受种子启发的飞行微装置
科学家研制出一种新飞行装置，受到风力传播的植物种子启发，或可应用于环境监测或通讯。这种飞行装置可以携带有源电子载荷，从而可建立新的潜在范围的无电池无线设备。相关研究9月22日发表于《自然》。
植物种子有各种形状大小，其中一些可利用风力传播，散播遗传物质繁殖种群。这些形状可分为四类：降落伞形，如蒲公英；滑翔机形，如翅葫芦；直升机形，如梣叶槭和大叶枫；及扑翼或飞旋形，如毛泡桐或臭椿。
一个装有测量空气颗粒物污染水平电路的3D飞行器 图片来自西北大学
受风力传播种子的启发，美国伊利诺伊州西北大学的John Rogers和同事设计了一系列飞行器，大小从微型（小于1毫米）到大型（大于1毫米）。他们使用模拟和风洞实验，研究了改变设计参数如飞行器直径、结构和翼型的空气动力学影响。
在直升机型和飞旋形种子中，旋转行为加强了这些装置的稳定性和飞行行为。这些设计可以集成简单电子器件，其中一例包含有一个检测空气颗粒物的电路。
一个10x10飞行器矩阵 图片来自西北大学
在同时发表的新闻与观点文章中，康奈尔大学的Farrell Helbling写道： “这些装置可以构成动态传感器网络，用于环境监测、无线通讯节点，或基于互联网连接设备网络即物联网的各种其他技术” 。
Helbling补充说，仍需要做进一步工作，以理解飞行器在风中会有怎样的行为，其他设计（降落伞形和滑翔机形飞行器）表现如何，但她认为目前的工作为增进飞行器能力铺平了道路。
我国人工合成淀粉研究取得原创性突破
9月24日凌晨，《科学》杂志刊发了中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称中科院天津工业生物所）在淀粉人工合成方面取得的重大突破性进展。该研究在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。
淀粉是粮食最主要的成分，同时也是重要的工业原料。中科院副院长、中科院院士周琪表示，当今世界正面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、生态环境污染等一系列重大挑战，科技创新已成为重塑世界格局、创造人类美好未来的关键因素。二氧化碳转化利用与粮食淀粉工业合成，正是应对挑战的重大科技问题之一。
论文通讯作者、中科院天津工业生物所所长、研究员马延和介绍，中科院天津工业生物所从头设计了11步主反应的非自然二氧化碳固定与淀粉合成新途径，在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉分子的全合成。研究团队采用了一种类似“搭积木”的方式，联合中科院大连化学物理研究所，利用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成碳一化合物，然后通过设计构建碳一聚合新酶，依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三化合物，最后通过生物途径优化，将碳三化合物又聚合成碳六化合物，再进一步合成直链和支链淀粉。这一人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。
论文第一作者、中科院天津工业生物所副研究员蔡韬介绍，如果未来该系统过程成本能够降低到与农业种植相比具有经济可行性，将会节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平，促进碳中和的生物经济发展，推动形成可持续的生物基社会。
国内外领域专家评价认为该成果是“典型的0到1原创性突破”，是“扩展并提升人工光合作用能力前沿研究领域的重大突破，是一项具有‘顶天立地’重大意义的科研成果”，“不仅对未来的农业生产、特别是粮食生产具有革命性的影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义”，“将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响”。
该研究工作获得了中科院重点部署项目、天津市合成生物技术创新能力提升行动等项目前瞻性的资助和支持，是国家合成生物技术创新中心的重点研究方向。