生物制造是利用生物組織或生物體（酶、微生物細胞等）進行物質加工，生產相關產品的先進工業(yè)模式。

作為生物經濟的重點發(fā)展方向，生物制造是培育新質生產力的重要手段之一。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、低空經濟等新增長引擎?！?/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)展現狀如何？打造生物制造新增長引擎該從哪些方面重點發(fā)力？請看記者的采訪。

改變生產原料、制造工藝，生物制造革新物質生產方式

北京市順義區(qū)中德產業(yè)園，北京微構工場生物技術有限公司（以下簡稱“微構工場”）的生產線連著實驗室。記者到訪時，科研人員正將小瓶內的微黃色液體加入小型發(fā)酵罐中。電機轉動，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’?！蔽嫻龆麻L徐絢明向記者解釋，微生物菌株像一個個“細胞工廠”，通過“吃”發(fā)酵罐內的物質，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日常用品，也可制作醫(yī)療植入材料。塑料等大宗化學品，通常以石化資源為原料，再經過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為原料，通過生物合成的方法生產。

不只是原料不同，生物制造與傳統(tǒng)的物質加工過程也不一樣?！吧镏圃焓菍ι矬w進行的工程化改造，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，也減少了工廠設備投入。”徐絢明說。

記者在車間看到，這里既沒有專門的高溫、高壓生產設備，也沒有高大的壓力存儲罐。在實驗室內通過中試驗證后的菌株，接下來會被放入大型的生物反應器進行發(fā)酵。發(fā)酵車間的技術人員告訴記者，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)酵液經過固液分離等工序，PHA便從細胞中分離出來，再通過烘干等簡單工序后制成顆粒，就成為加工產品的原料。

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

“作為一種顛覆性技術，生物制造是我國產業(yè)轉型升級的‘綠色動力’，也是實現綠色發(fā)展的重要途徑?！敝袊こ淘涸菏俊⒈本┗ご髮W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。譚天偉認為，生物制造技術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品，有助于“雙碳”目標的實現。

“通過生物制造實現蛋白質、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，也有望變革現有的農產品生產方式，更好保障國家糧食安全?！弊T天偉說。

我國生物制造研究穩(wěn)步推進，產業(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?！笆濉逼陂g，科技部啟動了綠色生物制造國家重點研發(fā)專項。“在科技界和產業(yè)界的共同努力下，近些年我國生物制造在底層工具、關鍵技術等方面取得了重要突破，一些領域的探索走在世界前列。”譚天偉說。

走進位于北京化工大學的國家能源生物煉制研發(fā)中心，實驗室一個連著一個，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，有的在進行樣品檢測。

“該中心瞄準國家重大發(fā)展需求和產業(yè)技術前沿，在生物質轉化制備生物能源、生物基化學品、生物材料等領域取得諸多研究成果?！敝钢鴵u瓶內的發(fā)酵液，北京化工大學生命科學與技術學院教授曹輝告訴記者，“這是我們在搖瓶內測試菌株的生長情況。只有通過反復實驗，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；以木質纖維素為原料的第二代生物制造，逐步進入中試和產業(yè)化示范階段。為進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)中心的一間實驗室內，整齊排列著四個玻璃瓶，瓶蓋和瓶底分別接著導管，通電后瓶內開始冒氣泡。“這是我們嘗試用電化學的方法固定二氧化碳?！辈茌x解釋，2021年，我國科學家通過多酶級聯催化的方法首次實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，人們已經生產出一批性能好、經濟價值高的新產品，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，也開始造福人類。比如，利用生物制造技術，科研人員根據患者的特定需求和遺傳背景研發(fā)個性化的新藥物、新療法，提高治療效果。

“在醫(yī)藥、農業(yè)、食品、化工等領域，生物制造都有廣闊的施展空間?！弊T天偉說，隨著相關技術的發(fā)展，生物制造還有望向采礦、冶金、電子信息等行業(yè)拓展，為經濟高質量發(fā)展注入更多新動能。

補短板、鍛長板，加快推進生物制造產業(yè)發(fā)展

近年來，從國家到地方，我國加快布局生物制造產業(yè)。2022年國家發(fā)展改革委印發(fā)《“十四五”生物經濟發(fā)展規(guī)劃》，把推動生物制造發(fā)展列為重要內容。依托中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所等機構，天津市的合成生物技術研發(fā)和產業(yè)發(fā)展正穩(wěn)步推進。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業(yè)集群行動方案（2023—2025年）》。北京市將合成生物制造產業(yè)作為未來產業(yè)的重要支撐，該市的合成生物制造技術創(chuàng)新中心于今年1月落戶未來科學城。

發(fā)展生物制造，我國有何優(yōu)勢？“我國生物發(fā)酵產業(yè)規(guī)模龐大，產量約占全球的70%，完善的發(fā)酵產業(yè)體系為生物制造產業(yè)提供了堅實的基礎?！鼻迦A大學合成與系統(tǒng)生物學中心主任陳國強認為，未來，隨著人們對健康、綠色、環(huán)保產品的需求持續(xù)增加，生物制造產業(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)？陳國強表示，目前我國擁有自主知識產權的微生物菌種還不多，部分關鍵裝備仍依賴進口。此外，生物制造部分產品產業(yè)鏈尚不完善，科技成果的轉化效率還有待提高。“我們面對的競爭是全球性的，必須補短板、鍛長板，加快推進生物制造產業(yè)發(fā)展。”

“作為一個新興產業(yè)，生物制造從原始創(chuàng)新到產業(yè)落地周期比較長，也存在一定的不確定性?！弊T天偉說，要快速開發(fā)針對特定需求的生物制造關鍵技術，提高從源頭創(chuàng)新到產業(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，要做好實驗室研究與中試驗證的銜接，通過搭建產業(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”的進程；在產業(yè)扶持方面，要盡快完善相匹配的監(jiān)管機制和市場準入機制，打造生物制造產業(yè)先行先試示范區(qū)。

生物制造涉及的環(huán)節(jié)多，靠單個企業(yè)或科研院所難以打通產業(yè)鏈全過程。陳國強認為，要構建新的產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，讓產業(yè)鏈上下游的參與者各展所長，通過集群化發(fā)展模式，實現共同進步?！疤貏e是要推動化工、醫(yī)藥、材料等工業(yè)領域與生物制造技術深度融合，進一步擴大生物制造技術的應用范圍?！标悋鴱娬f。（記者喻思南）

《人民日報》（2024年04月01日 19 版）