“细胞工厂”里的细胞工厂万千世界(深度观察·未来产业里的向“新”力)

　　数据来源 ：工业和信息化部

　　“十五五”规划纲要对前瞻布局未来产业作出重要部署，要求推动生物制造等成为新的世界经济增长点。

　　当前，细胞工厂我国生物制造产业正加速从技术突破迈向更多应用场景落地 ，世界持续培育发展新动能 。细胞工厂它将怎样改变生产生活？世界又将如何发展壮大 ？

　　生物制造改变传统制造业生产思路，打开物质生产新空间

　　香水里的细胞工厂玫瑰气息，不一定来自花田 。世界

　　在天津大学合成生物前沿研究院 ，细胞工厂科研人员将玫瑰中调控玫瑰醇合成的世界关键基因“嫁接”至酿酒酵母，就能生产出玫瑰醇 。细胞工厂这项技术已在10吨级发酵体系中完成中试 ，世界并制成首款“微生物玫瑰醇”香水推向市场。细胞工厂

　　类似的世界例子还有很多
。

　　把玉米中的细胞工厂淀粉转化成葡萄糖 ，利用微生物发酵 ，能够合成尼龙前体
，制成运动服和防晒衣；

　　依托农林废弃物等资源
，可生产饲用蛋白  、氨基酸等产品
，有效替代豆粕、鱼粉等传统依赖进口的蛋白原料；

　　以工业废气为基础 ，能够发酵生产丁醇这类重要化工原料，支撑保障航空燃油供给；

　　…………

　　“这就是生物制造的魅力 。”中国科学院院士、天津大学教授元英进介绍，从抗生素 、维生素到重组蛋白、酶制剂、生物基材料 ，再到天然色素 、香料和燃料 ，生物制造已延伸至医药 、食品 、农业、化工 、材料
、能源等多个国民经济重要行业
。

　　人类的衣食住行离不开物质生产，而物质生产需要原料
。

　　“原料获取有两种传统途径 ，有的基于石油等物质通过化学手段合成，有的从大自然中直接提取动植物成分 。”中国科学院微生物研究所项目研究员刘树文介绍，这两种途径既有合理性  ，也有明显局限 。

　　刘树文举例，传统制造业非常依赖石油，今年国际原油浮动较大，导致石油化工路线生产的氨基酸价格翻倍。氨基酸作为饲料营养剂的重要成分，其价格上涨引发饲料企业涨价
，直接冲击生猪产业
。另一方面，传统石油 、煤炭化工生产多采用高温高压工艺  ，高耗能、高排放，环境压力较大。

　　“从动植物获取原料，往往受季节、地域和资源约束 ，像一些抗癌药物需要的原料，只来自某种珍稀保护动植物，实在难以获取也不利于生物多样性保护。”刘树文说 。

　　对比之下，生物制造获取原料具有显著优势。

　　元英进解释道 ，生物制造过程中，生物反应通常条件温和，原料来自可再生资源或废弃物 ，生产流程能减少有毒试剂和资源消耗
。

　　“一个国家获取原料的能力，关系着产业链韧性和生物科技安全。从这个角度来看 ，安全 、健康、绿色
、经济的生物制造早已不再是一种技术补充，而是上升到了支撑实体经济转型、实现绿色低碳发展的产业高度 ，关乎百姓福祉。”元英进说 。

　　放眼全球，生物制造已经成为新一轮科技革命和产业变革的重要部分。

　　专家认为，我国生物制造产业正在从“跟跑”向“并跑”转变 ，甚至部分领域出现“领跑”。

　　“合成生物技术是当前全球科技竞争的前沿领域 ，也是国家未来产业的重点方向。”华润双鹤药业股份有限公司董事长陆文超表示。超大规模市场、完整工业体系
、丰富应用场景和发酵制造基础，是我国生物制造产业具备的明显优势。同时，医药、食品 、化工、装备等行业还为生物制造技术落地提供配套 。

　　工业和信息化部数据显示，我国生物制造产业总产值约1.1万亿元，发酵产品产量占全球70%以上。据统计，现代生物发酵、生物基化学品以及生物基材料等主要产业规模已超过8000亿元，氨基酸
、有机酸产量居世界首位
。

　　“未来，衡量一个国家生物制造产业发展成效，不是看谁的产品清单更长，而是看谁能率先实现性能更优 、成本可承受、环境收益可量化的生物路线，看谁能真正让生物制造成为推动制造业高质量发展的重要引擎。”元英进说。

　　实现菌种自主可控 ，把生物制造产业的主动权掌握在自己手中

　　在专家看来 ，我国生物制造领域在下游产业链和应用生态上具备明显优势，但在上游部分核心环节仍存在短板。

　　菌种，就是生物制造产业中的“芯片”。

　　刘树文介绍，在“细胞工厂”工作过程中 ，菌种优劣决定了生物制造的产品好坏。

　　打个比方，菌种里也有“冠军” ，越好的菌种 ，生物合成的效率越高，成本越低，起到事半功倍的作用。但是
，我国核心菌种和关键酶创制能力不足，且受国际专利壁垒影响，在核心菌种等领域仍存在知识产权纠纷 。

　　“当务之急 ，就是要自己造出‘冠军’菌种 ，实现自主可控，把生物制造产业的主动权掌握在自己手中。”刘树文说  ，如今，这样的实践越来越多
 。

　　以维生素B5为例，为了使菌种达到最优性能，刘树文和团队成员历经80多轮代谢工程改造 ，最终得到了心目中的“冠军”菌种。目前
 ，他们利用研发的一步发酵法生产维生素B5，已建成全球首套工业生产线 。

　　在天津大学，科研人员把酵母超长染色体分解为可组装的标准片段。从两条染色体的精准合成 ，到5.5条合成型染色体的整合，再到创制26万余种种质资源 ，团队研究目标从“能合成”基因组逐步转向“能获得有用功能”的全新菌种 。

　　利福霉素S—钠盐是抗结核药物的关键成分。曾经，它的发酵水平上不去 ，生产成本居高不下。华润双鹤通过合成生物学手段，自主研发筛选出高产工程菌株
 ，使得这类成分的单位生产成本大幅降低 。

　　专家表示，高校科研院所和企业投身菌种自主研发，需要长期稳定的支持。

　　“所里团队改造菌种研发维生素B5，靠的是国家持续10余年的支持，这期间反复试错、迭代
，不断经历‘设计—编辑—测试—反馈’的循环，从而发现生命规律。”刘树文说
，生物制造产业回报周期长 ，很难短期见到收益 ，长周期的资金投入和战略定力，才能支撑行业人员走下去。

　　“即使现在找到了‘冠军’菌种 ，也不意味着停止自主创新 。这个菌种是否已达到理论最大转化率
，是否还能提高产能，都是科研人员一直思考探索的问题，稍一松懈 ，就可能落在别人后面。”元英进说。

　　从实验室到生产线，打通产业全链条 ，完成“从0到1再到100”的跨越

　　产业竞争 ，不只发生在一株菌 、一个产品上。

　　透视全产业链，往上游追溯 ，生物制造涉及基因合成 、工业菌种、工具酶、试剂和生物数据等环节 。向下游延伸
，牵扯生物反应器 、在线控制、分离纯化、工艺软件和质量标准等 。

　　“专利、菌种库 、数据算法、核心装备和工程诀窍共同构成‘技术栈’
，任何一层薄弱都可能影响生物制造的成本与供应安全
。”元英进表示 。

　　元英进举例，实验室里表现优异的菌株，放进工业发酵罐未必仍然“听话”，从毫升级到百吨级，温度
、酸碱度 、溶氧等因素都会变化。况且 ，工业化看重的
，也不只有“最高产量”，还有产量、转化率
、生产强度、稳定性和批次质量一致性等多项指标 。

　　因此，从生物制造技术实验室到生产线，远比按比例放大配方复杂，需要冲破“小试”“中试”等层层关卡，才能走向真正的产业化。

　　所谓“小试” ，通常在实验室里就能解决。刘树文介绍，科研人员对原始菌种进行基因改造后，会持续优化，多次调控，在较小规模里测试指标 。

　　更具挑战性的是“中试”环节。中试平台要用接近生产的条件尽早发现问题，避免建成大产线后再“交学费”。真正实现科技成果转化，签完一纸专利转让合同只是起点，后面还要靠科研团队、工程平台、企业和应用场景共同接力。

　　企业是创新的主体。染菌、传质不均
、产物降解，任何一个细节都可能让一个在实验室表现优异的产品 ，在放大阶段彻底失败 ，这就是成果转化“死亡之谷”
。生物制造的“中试”环节经常由企业负责，依托充足的资金、人力、技术等资源扛过难关 。

　　为破解“中试”环节难题
，华润双鹤增加投入，建设中试平台，并组建30余人的团队和专业中试车间，形成从50升到20吨的中试转产承接能力，并面向行业开放合作。

　　后期，为实现产业化规模 ，企业通过收购先进制造产线等方式 ，依托成熟产业化平台 ，让产品中试完成后，就能够快速对接已验证的产业出口
，完成放大落地 。例如 ，华润双鹤通过全细胞生物催化工艺实现了高效合成 ，生产出生物法1,4—丁二胺产品，经过产业化充分放大 ，已成功导入下游合作伙伴的生物基高性能聚酰胺材料中，实现了从上游单体到下游高附加值材料的产业链跨越 。

　　“今天我们突破了技术，明天别人也可能突破 。这还不够，关键是要拥有可持续产出创新产品的平台 ，打通产业全链条 ，完成‘从0到1再到100’的跨越。”陆文超表示。

　　近年来，我国不断加强生物制造领域顶层设计，持续推进创新平台建设和关键核心技术攻关。伴随人工智能(AI)与生物制造深度融合，湖南 、浙江等多个省份打造“AI+合成生物”产业联合体 ，紧密联结高校 、企业
、投资机构及科创园区 
。为加强人才支撑，中国科学院微生物研究所创新激励机制，让更多科研人员投身生物制造赛道。今年 ，天津大学生物制造本科专业获批招生，将培养更多懂生命科学
 、化学工程、装备和AI的复合型人才。

　　唯有多方共同解题，才能把实验室里的好指标 
，变成工厂的稳定产出和市场的持续订单，细胞“造物”的潜力才能真正释放。

　　记者 ：刘诗瑶

　　来源：人民日报

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