生物制造是以工業(yè)生物技術(shù)為核心，利用基因工程、合成生物學(xué)等手段，通過(guò)微生物、酶或細(xì)胞等生物體進(jìn)行物質(zhì)加工與轉(zhuǎn)化的綠色低碳技術(shù)。目前，生物制造正在加速融入我們生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。它都發(fā)揮了哪些作用？
在福建省漳州市華安縣的一片山頭，春茶采收正在進(jìn)行。機(jī)械化采收后，茶葉種植戶陳晨輝正在進(jìn)行防治病害的噴灑作業(yè)。陳晨輝噴灑的并非傳統(tǒng)農(nóng)藥，而是一種微生物菌劑。
這種細(xì)菌以植物葉片代謝過(guò)程中釋放的甲醇為營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，從而實(shí)現(xiàn)與植物的共生。它還能分泌生長(zhǎng)素及其他多種代謝產(chǎn)物，提升植物葉片的抗病能力。
不僅在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，生物制造在新材料產(chǎn)業(yè)同樣實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新突破。近日結(jié)束的中國(guó)國(guó)際塑料橡膠工業(yè)展覽會(huì)上，一款生物基聚酰胺復(fù)合材料制成的動(dòng)力電池蓋板，受到了不少業(yè)內(nèi)采購(gòu)商的關(guān)注。相較于傳統(tǒng)鈑金材質(zhì)電池蓋板，該產(chǎn)品具有輕量化優(yōu)勢(shì)，能有效提升新能源汽車?yán)m(xù)航能力。
本屆橡塑展中，大部分參展的材料產(chǎn)品以石油、煤炭等化石資源為基礎(chǔ)原料，而這家企業(yè)的生物基新材料，完全擺脫對(duì)石油、天然氣的依賴，以各類可再生的生物質(zhì)為原料，依托生物制造技術(shù)合成制備。
近期，中東地緣沖突持續(xù)發(fā)酵，推高石化全產(chǎn)業(yè)鏈原料成本，下游多個(gè)行業(yè)承壓明顯。
上海凱賽生物技術(shù)股份有限公司副總裁 左駿：比如紡織、電子電氣、新能源、汽車領(lǐng)域，都有很大的成本壓力，大家都希望在這個(gè)過(guò)程中開(kāi)發(fā)多種新型生物基綠色可回收的新材料。
關(guān)鍵底層技術(shù)進(jìn)階突破
我國(guó)生物制造邁入合成生物學(xué)時(shí)代
隨著生物制造戰(zhàn)略價(jià)值持續(xù)凸顯，產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系也在迭代升級(jí)。我國(guó)生物制造已完成從傳統(tǒng)自然發(fā)酵、從自然界提取，到以基因編輯、理性設(shè)計(jì)為核心的合成生物學(xué)時(shí)代。
在山東濟(jì)南一家生物科技企業(yè)，依托全酶生物合成工藝，以葡萄糖為原料合成肝素的中試研發(fā)工作正在穩(wěn)步推進(jìn)。肝素是臨床中核心的抗凝血藥物。長(zhǎng)期以來(lái)，工業(yè)化肝素主要從豬小腸黏膜提取制備，但動(dòng)物源肝素天然存在糖鏈結(jié)構(gòu)不均一、組分雜亂的問(wèn)題，直接導(dǎo)致藥效穩(wěn)定性差、抗凝活性波動(dòng)明顯。
精準(zhǔn)設(shè)計(jì)肝素糖鏈分子，是技術(shù)攻關(guān)的核心難點(diǎn)。整個(gè)過(guò)程如同模塊化拼搭積木，單糖單元為一塊基礎(chǔ)積木，拼接數(shù)量、連接方式的細(xì)微調(diào)整，都會(huì)改變整體分子結(jié)構(gòu)與藥理活性。過(guò)去，藥物分子設(shè)計(jì)高度依賴研發(fā)人員的經(jīng)驗(yàn)及大量重復(fù)試錯(cuò)。如今AI生物計(jì)算工具全面賦能研發(fā)過(guò)程，大幅縮短攻關(guān)周期。
在廣州一家生物科技企業(yè)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，50臺(tái)零下80℃的超低溫冰箱，常態(tài)化保存著36萬(wàn)株微生物菌株。菌株來(lái)源覆蓋動(dòng)植物及人體、自然環(huán)境等，庫(kù)存規(guī)模還在以每年5萬(wàn)株的速度持續(xù)擴(kuò)容。
數(shù)據(jù)顯示，“十四五”期間，我國(guó)生物制造產(chǎn)業(yè)總規(guī)模達(dá)1.1萬(wàn)億元，生物發(fā)酵產(chǎn)品產(chǎn)量占全球70%以上。
“十五五”時(shí)期，是我國(guó)未來(lái)產(chǎn)業(yè)培育壯大的關(guān)鍵階段，如何進(jìn)一步推動(dòng)生物制造高質(zhì)量發(fā)展？
譚天偉表示，近年來(lái)合成生物學(xué)、生物蛋白設(shè)計(jì)等領(lǐng)域多項(xiàng)成果獲得諾貝爾獎(jiǎng)，生物制造底層技術(shù)實(shí)現(xiàn)顛覆性突破。同時(shí)，制造業(yè)綠色轉(zhuǎn)型、雙碳目標(biāo)落地、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，催生出海量的綠色替代需求，產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來(lái)雙重紅利。
中國(guó)工程院院士 譚天偉：很多智庫(kù)也都在預(yù)言，本世紀(jì)末全球制造業(yè)里70%的產(chǎn)品都可以用生物制造的方式生產(chǎn)，生物制造產(chǎn)值大概占到全球制造業(yè)產(chǎn)值的三分之一以上。
談到未來(lái)，譚天偉院士認(rèn)為，以蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、代謝網(wǎng)絡(luò)建模、細(xì)胞工廠虛擬設(shè)計(jì)平臺(tái)為代表的基礎(chǔ)軟件設(shè)計(jì)工具，以及具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基因組、蛋白質(zhì)組、代謝組數(shù)據(jù)庫(kù)等，是生物制造亟待實(shí)現(xiàn)突破的關(guān)鍵核心技術(shù)。
當(dāng)前，多款國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的AI蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)大模型陸續(xù)落地，這一賽道投融資熱度持續(xù)攀升。同時(shí)，部分國(guó)內(nèi)科研團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型基因編輯工具，已在作物育種等場(chǎng)景示范應(yīng)用。
譚天偉認(rèn)為，“十五五”時(shí)期，要充分依托我國(guó)工業(yè)體系門(mén)類齊全、應(yīng)用場(chǎng)景豐富、市場(chǎng)空間廣闊的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建多學(xué)科交叉融合的科研攻關(guān)模式，持續(xù)深化產(chǎn)教融合、科教融匯雙向賦能，實(shí)現(xiàn)生物制造在若干細(xì)分領(lǐng)域的突破。
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