积极打造生物制造新增长引擎(科技视点·走近新质生产力⑤)(2)
走进位于北京化工大学的国家能源生物炼制研发中心,实验室一个连着一个,科研人员正在专心致志地工作,有的在培养菌株,有的在修饰基因,有的在进行样品检测。
“该中心瞄准国家重大发展需求和产业技术前沿,在生物质转化制备生物能源、生物基化学品、生物材料等领域取得诸多研究成果。”指着摇瓶内的发酵液,北京化工大学生命科学与技术学院教授曹辉告诉记者,“这是我们在摇瓶内测试菌株的生长情况。只有通过反复实验,才能找出适合工业用途的菌株。”
专家介绍,从发酵原料看,当前以淀粉和油脂为代表的第一代生物制造商业化比较成熟;以木质纤维素为原料的第二代生物制造,逐步进入中试和产业化示范阶段。为进一步降低生物制造的原料成本,科研人员正在探索以二氧化碳为原料的第三代生物制造。
在国家能源生物炼制研发中心的一间实验室内,整齐排列着四个玻璃瓶,瓶盖和瓶底分别接着导管,通电后瓶内开始冒气泡。“这是我们尝试用电化学的方法固定二氧化碳。”曹辉解释,2021年,我国科学家通过多酶级联催化的方法首次实现了从二氧化碳到淀粉的从头合成。目前,科研人员正在探索用二氧化碳制备生物燃料和生物基材料,开辟二氧化碳工业转化的新空间。
利用生物制造方式,人们已经生产出一批性能好、经济价值高的新产品,如重组蛋白药物、生物航空煤油、生物降解塑料等。从理论上讲,全球一半以上的重要化学品都可以用生物制造的方法获得,发展潜力巨大。
不断发展的生物制造技术,也开始造福人类。比如,利用生物制造技术,科研人员根据患者的特定需求和遗传背景研发个性化的新药物、新疗法,提高治疗效果。
“在医药、农业、食品、化工等领域,生物制造都有广阔的施展空间。”谭天伟说,随着相关技术的发展,生物制造还有望向采矿、冶金、电子信息等行业拓展,为经济高质量发展注入更多新动能。
补短板、锻长板,加快推进生物制造产业发展
近年来,从国家到地方,我国加快布局生物制造产业。2022年国家发展改革委印发《“十四五”生物经济发展规划》,把推动生物制造发展列为重要内容。依托中国科学院天津工业生物技术研究所等机构,天津市的合成生物技术研发和产业发展正稳步推进。去年9月,上海市发布了《上海市加快合成生物创新策源 打造高端生物制造产业集群行动方案(2023—2025年)》。北京市将合成生物制造产业作为未来产业的重要支撑,该市的合成生物制造技术创新中心于今年1月落户未来科学城。
发展生物制造,我国有何优势?“我国生物发酵产业规模庞大,产量约占全球的70%,完善的发酵产业体系为生物制造产业提供了坚实的基础。”清华大学合成与系统生物学中心主任陈国强认为,未来,随着人们对健康、绿色、环保产品的需求持续增加,生物制造产业发展的空间将越来越大。
我国发展生物制造面临哪些挑战?陈国强表示,目前我国拥有自主知识产权的微生物菌种还不多,部分关键装备仍依赖进口。此外,生物制造部分产品产业链尚不完善,科技成果的转化效率还有待提高。“我们面对的竞争是全球性的,必须补短板、锻长板,加快推进生物制造产业发展。”
“作为一个新兴产业,生物制造从原始创新到产业落地周期比较长,也存在一定的不确定性。”谭天伟说,要快速开发针对特定需求的生物制造关键技术,提高从源头创新到产业发展的效率。