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生物制造是利用生物組織或生物體（酶、微生物細胞等）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《政府工作報告》明確提出：“積極打造生物制造、商業(yè)航天、低空經(jīng)濟等新增長(cháng)引擎�！�
生物制造與傳統的制造方式有何不同？我國生物制造的發(fā)展現狀如何？打造生物制造新增長(cháng)引擎該從哪些方面重點(diǎn)發(fā)力？請看記者的采訪(fǎng)。
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
北京市順義區中德產(chǎn)業(yè)園，北京微構工場(chǎng)生物技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“微構工場(chǎng)”）的生產(chǎn)線(xiàn)連著(zhù)實(shí)驗室。記者到訪(fǎng)時(shí)，科研人員正將小瓶?jì)鹊奈ⅫS色液體加入小型發(fā)酵罐中。電機轉動(dòng)，液體隨即與發(fā)酵罐內的水和碳源一起均勻攪拌。
“這是讓液體內的菌株在發(fā)酵罐內‘快速生長(cháng)’�！蔽嫻�(chǎng)董事長(cháng)徐絢明向記者解釋?zhuān)⑸锞晗褚粋�(gè)個(gè)“細胞工廠(chǎng)”，通過(guò)“吃”發(fā)酵罐內的物質(zhì)，最終“長(cháng)”出PHA（聚羥基脂肪酸酯）材料。
PHA是一類(lèi)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(guò)復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(guò)生物合成的方法生產(chǎn)。
不只是原料不同，生物制造與傳統的物質(zhì)加工過(guò)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(guò)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(chǎng)設備投入�！毙旖k明說(shuō)。
記者在車(chē)間看到，這里既沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的高溫、高壓生產(chǎn)設備，也沒(méi)有高大的壓力存儲罐。在實(shí)驗室內通過(guò)中試驗證后的菌株，接下來(lái)會(huì )被放入大型的生物反應器進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵車(chē)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(chē)間緊挨著(zhù)發(fā)酵車(chē)間。在這里，發(fā)酵液經(jīng)過(guò)固液分離等工序，PHA便從細胞中分離出來(lái)，再通過(guò)烘干等簡(jiǎn)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)轉型升級的‘綠色動(dòng)力’，也是實(shí)現綠色發(fā)展的重要途徑�！敝袊こ淘涸菏�、北京化工大學(xué)校長(cháng)譚天偉說(shuō)。
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。與傳統的石化路線(xiàn)相比，目前生物制造可平均節能減排30%—50%，未來(lái)這一比例有望達到50%—70%。此外，生物制造還可以將二氧化碳直接轉化為燃料和化學(xué)品，有助于“雙碳”目標的實(shí)現。
“通過(guò)生物制造實(shí)現蛋白質(zhì)、淀粉、油脂、糖等的發(fā)酵合成，既能顯著(zhù)減少對自然資源的依賴(lài)，也有望變革現有的農產(chǎn)品生產(chǎn)方式，更好保障國家糧食安全�！弊T天偉說(shuō)。
我國生物制造研究穩步推進(jìn)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊
生物制造蘊含的巨大潛力，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(zhuān)項�！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(shuō)。
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)驗室一個(gè)連著(zhù)一個(gè)，科研人員正在專(zhuān)心致志地工作，有的在培養菌株，有的在修飾基因，有的在進(jìn)行樣品檢測。
“該中心瞄準國家重大發(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�(zhù)搖瓶?jì)鹊陌l(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?jì)葴y試菌株的生長(cháng)情況。只有通過(guò)反復實(shí)驗，才能找出適合工業(yè)用途的菌株�！�
專(zhuān)家介紹，從發(fā)酵原料看，當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)驗室內，整齊排列著(zhù)四個(gè)玻璃瓶，瓶蓋和瓶底分別接著(zhù)導管，通電后瓶?jì)乳_(kāi)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?zhuān)?021年，我國科學(xué)家通過(guò)多酶級聯(lián)催化的方法首次實(shí)現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(kāi)辟二氧化碳工業(yè)轉化的新空間。
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)展潛力巨大。
不斷發(fā)展的生物制造技術(shù)，也開(kāi)始造福人類(lèi)。比如，利用生物制造技術(shù)，科研人員根據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。
“在醫藥、農業(yè)、食品、化工等領(lǐng)域，生物制造都有廣闊的施展空間�！弊T天偉說(shuō)，隨著(zhù)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)濟高質(zhì)量發(fā)展注入更多新動(dòng)能。
補短板、鍛長(cháng)板，加快推進(jìn)生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展
近年來(lái)，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)濟發(fā)展規劃》，把推動(dòng)生物制造發(fā)展列為重要內容。依托中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所等機構，天津市的合成生物技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展正穩步推進(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(lái)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(hù)未來(lái)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)提供了堅實(shí)的基礎�！鼻迦A大學(xué)合成與系統生物學(xué)中心主任陳國強認為，未來(lái)，隨著(zhù)人們對健康、綠色、環(huán)保產(chǎn)品的需求持續增加，生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的空間將越來(lái)越大。
我國發(fā)展生物制造面臨哪些挑戰？陳國強表示，目前我國擁有自主知識產(chǎn)權的微生物菌種還不多，部分關(guān)鍵裝備仍依賴(lài)進(jìn)口。此外，生物制造部分產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈尚不完善，科技成果的轉化效率還有待提高�！拔覀兠鎸Φ母偁幨侨蛐缘�，必須補短板、鍛長(cháng)板，加快推進(jìn)生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展�！�
“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(cháng)，也存在一定的不確定性�！弊T天偉說(shuō)，要快速開(kāi)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，必須重視底層數據庫、軟件及工業(yè)菌株和酶的設計與應用，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；在平臺建設方面，要做好實(shí)驗室研究與中試驗證的銜接，通過(guò)搭建產(chǎn)業(yè)共性需求平臺等方式，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管機制和市場(chǎng)準入機制，打造生物制造產(chǎn)業(yè)先行先試示范區。
生物制造涉及的環(huán)節多，靠單個(gè)企業(yè)或科研院所難以打通產(chǎn)業(yè)鏈全過(guò)程。陳國強認為，要構建新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統，讓產(chǎn)業(yè)鏈上下游的參與者各展所長(cháng)，通過(guò)集群化發(fā)展模式，實(shí)現共同進(jìn)步�！疤貏e是要推動(dòng)化工、醫藥、材料等工業(yè)領(lǐng)域與生物制造技術(shù)深度融合，進(jìn)一步擴大生物制造技術(shù)的應用范圍�！标悋鴱娬f(shuō)。（記者 喻思南）
來(lái)源：酶、微生物細胞
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