Trong nghiên cứu xuất bản trên tạp chí Science hôm thứ 24/9, các chuyên gia nhấn mạnh nếu kỹ thuật này có thể được mở rộng từ phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp, nó có thể cách mạng hóa cách chúng ta sản xuất chất dinh dưỡng trong tương lai, vì quy trình không đòi hỏi phải canh tác và chế biến số lượng lớn các loại thực vật chứa tinh bột như khoai lang và ngô, nhờ đó tiết kiệm nước, phân bón và đất nông nghiệp.

Phương pháp này cũng có thể áp dụng để tái chế carbon dioxide, chất thải công nghiệp thông thường và khí nhà kính, thành một sản phẩm tiêu thụ được, giúp giảm lượng khí thải carbon và chống biến đổi khí hậu, đặc biệt là nếu nguồn điện được sử dụng có nguồn gốc từ năng lượng tái tạo như quang năng và gió.

Đối với khám phá không gian, nó có thể cung cấp nguồn thực phẩm bền vững cho phi hành gia trong các sứ mệnh di chuyển đường dài hoặc nỗ lực định cư trên hành tinh khác, nơi việc trồng cây lương thực gặp rất nhiều thách thức. Với việc tổng hợp tinh bột trong phòng thí nghiệm, các nhà du hành vũ trụ một ngày nào đó có thể chỉ cần biến carbon dioxide mà họ thở ra thành thức ăn.

Ma Yanhe, Giám đốc Viện Công nghệ Sinh học Công nghiệp Thiên Tân thuộc Viện hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cho biết tinh bột và các loại carbohydrate phức tạp khác chiếm 60 - 80% chế độ ăn uống của con người.

"Bước đột phá của chúng tôi chứng minh rằng việc tổng hợp hợp các chất phức tạp như tinh bột có thể đạt được trong phòng thí nghiệm và nhiều ngành công nghiệp có thể hưởng lợi từ công nghệ này", Yanhe chia sẻ.

Theo công ty dữ liệu nông nghiệp toàn cầu Bric International Group, tinh bột ngày nay được sử dụng rộng rãi trong sản xuất đường, chế biến thực phẩm và đồ uống, in ấn, sản xuất thuốc, dệt may, thức ăn gia súc và hàng chục ngành công nghiệp khác. Điều đó đã thúc đẩy sản xuất tinh bột và các sản phẩm liên quan đến nó trở thành một ngành công nghiệp trị giá 80 tỷ nhân dân tệ (12,4 tỷ USD) ở Trung Quốc.

Thực vật tạo ra carbohydrate như tinh bột thông qua quang hợp. Đây là một quá trình cực kỳ phức tạp và kém hiệu quả.

Một trong những tác giả đầu tiên của nghiên cứu Cai Tao cho biết trong 6 năm qua, nhóm của ông đã tập trung vào một dự án duy nhất là làm thế nào để tạo ra tinh bột giống như thực vật, nhưng hiệu quả và nhanh hơn nhiều.

NASA vào năm 2018 từng nhấn mạnh việc chuyển đổi carbon dioxide thành glucose, một loại đường đơn giản, là thách thức hàng trăm năm. Tinh bột được tạo thành từ một chuỗi các phân tử glucose vì vậy còn phức tạp hơn nhiều.

Cai cho biết phương pháp của họ trước tiên liên quan đến việc chuyển đổi carbon dioxide và khí hydro thành methanol, phân tử chứa một nguyên tử carbon. Sau đó, nhóm nghiên cứu ghép các phân tử carbon đơn này như một "trò chơi xếp hình" thành những phân tử lớn hơn và phức tạp hơn thông qua các quá trình enzyme.

Với sự hỗ trợ của siêu máy tính, các nhà khoa học Trung Quốc đã sắp xếp hợp lý quy trình sản xuất tinh bột từ khoảng 60 bước xuống chỉ còn 11 bước, với sản phẩm cuối cùng là tinh bột. Cai cho biết tinh bột trong phòng thí nghiệm giống hệt tinh bột tự nhiên, với phản ứng giữa hồ tinh bột với dung dịch iot tạo ra màu xanh lam đặc trưng.