生物制造是利用生物組織或生物體（酶、微生物細(xì)胞等）進(jìn)行物質(zhì)加工，生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品的先進(jìn)工業(yè)模式。

作為生物經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)發(fā)展方向，生物制造是培育新質(zhì)生產(chǎn)力的重要手段之一。今年的《政府工作報(bào)告》明確提出：“積極打造生物制造、商業(yè)航天、低空經(jīng)濟(jì)等新增長引擎?！?/p>

生物制造與傳統(tǒng)的制造方式有何不同？我國生物制造的發(fā)展現(xiàn)狀如何？打造生物制造新增長引擎該從哪些方面重點(diǎn)發(fā)力？請看記者的采訪。

改變生產(chǎn)原料、制造工藝，生物制造革新物質(zhì)生產(chǎn)方式

北京市順義區(qū)中德產(chǎn)業(yè)園，北京微構(gòu)工場生物技術(shù)有限公司（以下簡稱“微構(gòu)工場”）的生產(chǎn)線連著實(shí)驗(yàn)室。記者到訪時(shí)，科研人員正將小瓶內(nèi)的微黃色液體加入小型發(fā)酵罐中。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，液體隨即與發(fā)酵罐內(nèi)的水和碳源一起均勻攪拌。

“這是讓液體內(nèi)的菌株在發(fā)酵罐內(nèi)‘快速生長’?！蔽?gòu)工場董事長徐絢明向記者解釋，微生物菌株像一個(gè)個(gè)“細(xì)胞工廠”，通過“吃”發(fā)酵罐內(nèi)的物質(zhì)，最終“長”出PHA（聚羥基脂肪酸酯）材料。

PHA是一類可降解的生物基高分子材料，加工成塑料后既可生產(chǎn)日常用品，也可制作醫(yī)療植入材料。塑料等大宗化學(xué)品，通常以石化資源為原料，再經(jīng)過復(fù)雜的化工工藝提煉而成；生物制造則以淀粉糖、油脂、纖維素等可再生物質(zhì)為原料，通過生物合成的方法生產(chǎn)。

不只是原料不同，生物制造與傳統(tǒng)的物質(zhì)加工過程也不一樣?！吧镏圃焓菍ι矬w進(jìn)行的工程化改造，發(fā)酵過程能夠在溫和條件下完成。這種發(fā)酵方式既降低能耗，也減少了工廠設(shè)備投入?！毙旖k明說。

記者在車間看到，這里既沒有專門的高溫、高壓生產(chǎn)設(shè)備，也沒有高大的壓力存儲(chǔ)罐。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過中試驗(yàn)證后的菌株，接下來會(huì)被放入大型的生物反應(yīng)器進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵車間的技術(shù)人員告訴記者，發(fā)酵的溫度維持在37攝氏度左右即可。

提取純化車間緊挨著發(fā)酵車間。在這里，發(fā)酵液經(jīng)過固液分離等工序，PHA便從細(xì)胞中分離出來，再通過烘干等簡單工序后制成顆粒，就成為加工產(chǎn)品的原料。

PHA材料是采用生物制造方式生產(chǎn)的諸多新產(chǎn)品之一。由于生物制造在生產(chǎn)原料、制造工藝、產(chǎn)品性質(zhì)等方面均有重大革新，因此被視為制造領(lǐng)域的“工業(yè)革命”。

“作為一種顛覆性技術(shù)，生物制造是我國產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的‘綠色動(dòng)力’，也是實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的重要途徑。”中國工程院院士、北京化工大學(xué)校長譚天偉說。

由于石油、天然氣等石化資源相對不足，我國的化工原料對外依存度較高。譚天偉認(rèn)為，生物制造技術(shù)為我國的化工原料多元化提供了新途徑。與傳統(tǒng)的石化路線相比，目前生物制造可平均節(jié)能減排30%—50%，未來這一比例有望達(dá)到50%—70%。此外，生物制造還可以將二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為燃料和化學(xué)品，有助于“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

“通過生物制造實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)、淀粉、油脂、糖等的發(fā)酵合成，既能顯著減少對自然資源的依賴，也有望變革現(xiàn)有的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)方式，更好保障國家糧食安全。”譚天偉說。

我國生物制造研究穩(wěn)步推進(jìn)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊

生物制造蘊(yùn)含的巨大潛力，使其成為國際競爭的前沿陣地。

我國生物制造研究可圈可點(diǎn)?！笆濉逼陂g，科技部啟動(dòng)了綠色生物制造國家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)?！霸诳萍冀绾彤a(chǎn)業(yè)界的共同努力下，近些年我國生物制造在底層工具、關(guān)鍵技術(shù)等方面取得了重要突破，一些領(lǐng)域的探索走在世界前列?！弊T天偉說。

走進(jìn)位于北京化工大學(xué)的國家能源生物煉制研發(fā)中心，實(shí)驗(yàn)室一個(gè)連著一個(gè)，科研人員正在專心致志地工作，有的在培養(yǎng)菌株，有的在修飾基因，有的在進(jìn)行樣品檢測。

“該中心瞄準(zhǔn)國家重大發(fā)展需求和產(chǎn)業(yè)技術(shù)前沿，在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化制備生物能源、生物基化學(xué)品、生物材料等領(lǐng)域取得諸多研究成果?！敝钢鴵u瓶內(nèi)的發(fā)酵液，北京化工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授曹輝告訴記者，“這是我們在搖瓶內(nèi)測試菌株的生長情況。只有通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，才能找出適合工業(yè)用途的菌株?！?/p>

專家介紹，從發(fā)酵原料看，當(dāng)前以淀粉和油脂為代表的第一代生物制造商業(yè)化比較成熟；以木質(zhì)纖維素為原料的第二代生物制造，逐步進(jìn)入中試和產(chǎn)業(yè)化示范階段。為進(jìn)一步降低生物制造的原料成本，科研人員正在探索以二氧化碳為原料的第三代生物制造。

在國家能源生物煉制研發(fā)中心的一間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，整齊排列著四個(gè)玻璃瓶，瓶蓋和瓶底分別接著導(dǎo)管，通電后瓶內(nèi)開始冒氣泡?！斑@是我們嘗試用電化學(xué)的方法固定二氧化碳?！辈茌x解釋，2021年，我國科學(xué)家通過多酶級(jí)聯(lián)催化的方法首次實(shí)現(xiàn)了從二氧化碳到淀粉的從頭合成。目前，科研人員正在探索用二氧化碳制備生物燃料和生物基材料，開辟二氧化碳工業(yè)轉(zhuǎn)化的新空間。

利用生物制造方式，人們已經(jīng)生產(chǎn)出一批性能好、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的新產(chǎn)品，如重組蛋白藥物、生物航空煤油、生物降解塑料等。從理論上講，全球一半以上的重要化學(xué)品都可以用生物制造的方法獲得，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

不斷發(fā)展的生物制造技術(shù)，也開始造福人類。比如，利用生物制造技術(shù)，科研人員根據(jù)患者的特定需求和遺傳背景研發(fā)個(gè)性化的新藥物、新療法，提高治療效果。

“在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品、化工等領(lǐng)域，生物制造都有廣闊的施展空間。”譚天偉說，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，生物制造還有望向采礦、冶金、電子信息等行業(yè)拓展，為經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展注入更多新動(dòng)能。

補(bǔ)短板、鍛長板，加快推進(jìn)生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展

近年來，從國家到地方，我國加快布局生物制造產(chǎn)業(yè)。2022年國家發(fā)展改革委印發(fā)《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，把推動(dòng)生物制造發(fā)展列為重要內(nèi)容。依托中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所等機(jī)構(gòu)，天津市的合成生物技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展正穩(wěn)步推進(jìn)。去年9月，上海市發(fā)布了《上海市加快合成生物創(chuàng)新策源打造高端生物制造產(chǎn)業(yè)集群行動(dòng)方案（2023—2025年）》。北京市將合成生物制造產(chǎn)業(yè)作為未來產(chǎn)業(yè)的重要支撐，該市的合成生物制造技術(shù)創(chuàng)新中心于今年1月落戶未來科學(xué)城。

發(fā)展生物制造，我國有何優(yōu)勢？“我國生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大，產(chǎn)量約占全球的70%，完善的發(fā)酵產(chǎn)業(yè)體系為生物制造產(chǎn)業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。”清華大學(xué)合成與系統(tǒng)生物學(xué)中心主任陳國強(qiáng)認(rèn)為，未來，隨著人們對健康、綠色、環(huán)保產(chǎn)品的需求持續(xù)增加，生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的空間將越來越大。

我國發(fā)展生物制造面臨哪些挑戰(zhàn)？陳國強(qiáng)表示，目前我國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的微生物菌種還不多，部分關(guān)鍵裝備仍依賴進(jìn)口。此外，生物制造部分產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈尚不完善，科技成果的轉(zhuǎn)化效率還有待提高?！拔覀兠鎸Φ母偁幨侨蛐缘模仨氀a(bǔ)短板、鍛長板，加快推進(jìn)生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！?/p>

“作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，生物制造從原始創(chuàng)新到產(chǎn)業(yè)落地周期比較長，也存在一定的不確定性。”譚天偉說，要快速開發(fā)針對特定需求的生物制造關(guān)鍵技術(shù)，提高從源頭創(chuàng)新到產(chǎn)業(yè)發(fā)展的效率。

譚天偉建議，在科技創(chuàng)新方面，必須重視底層數(shù)據(jù)庫、軟件及工業(yè)菌株和酶的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，推動(dòng)生物制造與人工智能融合，提升我國生物制造的原始創(chuàng)新能力；在平臺(tái)建設(shè)方面，要做好實(shí)驗(yàn)室研究與中試驗(yàn)證的銜接，通過搭建產(chǎn)業(yè)共性需求平臺(tái)等方式，加速創(chuàng)新成果“從0到1”“從1到100”的進(jìn)程；在產(chǎn)業(yè)扶持方面，要盡快完善相匹配的監(jiān)管機(jī)制和市場準(zhǔn)入機(jī)制，打造生物制造產(chǎn)業(yè)先行先試示范區(qū)。

生物制造涉及的環(huán)節(jié)多，靠單個(gè)企業(yè)或科研院所難以打通產(chǎn)業(yè)鏈全過程。陳國強(qiáng)認(rèn)為，要構(gòu)建新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，讓產(chǎn)業(yè)鏈上下游的參與者各展所長，通過集群化發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)共同進(jìn)步?！疤貏e是要推動(dòng)化工、醫(yī)藥、材料等工業(yè)領(lǐng)域與生物制造技術(shù)深度融合，進(jìn)一步擴(kuò)大生物制造技術(shù)的應(yīng)用范圍?！标悋鴱?qiáng)說。（記者喻思南）

《人民日報(bào)》（2024年04月01日 19 版）