新质生产力在中国：未来实验室 合成生物

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党的二十届三中全会中明确指出：加强新领域新赛道制度供给，建立未来产业投入增长机制。什么是“未来产业”呢？它是指由前沿技术驱动，当前处于孕育萌发阶段或产业化初期，具有显著战略性、引领性、颠覆性和不确定性的前瞻性新兴产业。 新质生产力在中国·未来实验室，今日关注合成生物制造。 在我国《“十四五”生物经济发展规划》中，明确将生物制造作为生物经济战略性新兴产业发展方向，提出要推动化工、医药、材料、轻工等重要工业产品制造与生物技术深度融合，向绿色低碳、可持续发展模式转型。 根据相关预测，到21世纪末，生物制造可能占全球制造业产出的1/3以上，价值接近30万亿美元。近年来，我国合成生物的创新成果也是不断涌现，专家预测，合成生物领域的快速发展将带来新一轮的产业革命。 合成生物技术 让人类尝试“重塑世界” 2021年9月，中国科学院天津工业生物技术研究所通过光合作用，用二氧化碳直接合成淀粉，让“空气变馒头”。 2024年1月，我国科研团队突破抗癌药物紫杉醇的全人工合成。在此之前，另一个重要的抗疟疾药物青蒿素，也已经实现了人工合成，改变了传统青蒿素只能从自然植物中提取的生产模式。 近年来，合成生物的创新成果不断涌现。在合成生物领域，科学家就像“造物主”一样，将具有各种特性的细胞、基因片段、蛋白质等“零部件”有机地组合在一起，从而设计出全新的细胞、物质、生命形式。合成生物的制造方式更加可控、高效、环保，甚至未来人类有望利用这一技术解决人类在外太空的生存问题。 合成生物新材料 创造无限可能 在我国，越来越多的合成生物创新成果正从实验室走向工厂，在日常生活的很多场景中都可能有它们的身影。比如说，现在玉米能做衣服还能做墨镜、做包包，这是怎么实现的？马上跟随记者去看一看 。 总台央视记者 张春玲：衣服、墨镜、小包包，你可能想象不到，它们都是玉米做的。 凯赛生物副总裁 杨晨：把微生物做了一个基因改造，变成可以具备工业化生产条件的微生物。玉米里面的糖，可以理解为这种微生物的食物，这个糖转化成另一种分子，之后我们再去做下游的材料聚合，做成成衣，做到身上的这件衣服。 传统尼龙必须从石油中提取，成本高、污染重，而这种基于合成生物的新型尼龙生产工艺，则可以将玉米等植物中的糖，直接转化为尼龙生产中的关键原料，不仅低碳环保可再生，而且性能也更加优异。 凯赛生物副总裁 杨晨：我们设计的这一款材料比强度，大概是钢的两倍、铝的五倍，实现了材料的轻量化。 现在，这款生物基尼龙材料已经在建筑、新能源电池外壳、光伏边框、风车叶片等领域有了许多应用，将有望推动材料领域的新变革。 总台央视记者 张春玲：合成生物技术把玉米合成为各种新的材料，而在这个实验室里，我们把微生物制作成可以食用的蛋白。 上海昌进生物科技有限公司董事长 骆滨：长期以来，人类获得蛋白的来源来自动物或植物，我们以创新生物技术赋能，让微生物来生产蛋白。微生物生产效率高、可塑性强，可以成为一种重要的生产材料。 从微生物到可食用蛋白 合成生物的新可能 让微生物成为富含蛋白的原材料，科研人员首先要寻找到适合的微生物菌株。但天然的菌株生产蛋白的能力有限，要在实验室里对种子选手进行不断诱导、筛选和培育，这就仿佛是人工育种的过程，通过不断迭代，新的微生物菌株生产蛋白的能力被大大提升。通过发酵工艺，这些生产蛋白能力强的菌株，就被大批量生产出来，从而提取出我们可以食用的蛋白。 总台央视记者 张春玲：我身旁这个发酵罐的容量是1000升，每天可以生产出40公斤的蛋白，相当于0.8亩大豆田4个月的产量，或者是30头奶牛每天的蛋白产量。在工业生产过程当中，发酵罐的大小是它的50倍，这些5层楼高的发酵罐，1000个就可以满足上海2500万市民的蛋白需求。 合成生物技术革新：环境友好 自然再生 合成生物技术的一大重要作用就是帮助人类摆脱对一些自然资源的绝对依赖，替代某些会带来污染的传统材料产品和生产工艺，从而更好地保护环境、实现可持续发展。比如我国科研人员研发出的合成生物新材料：可自然降解生物塑料，它的量产应用或为破解塑料污染这一全球性难题带来新可能。 可自然降解生物塑料！破解全球塑料污染新思路 总台央视记者 张春玲：衣食住行，合成生物正在改写我们未来更多的生活方式。比如说我手中的咖啡杯和这根吸管，它们全部是由微生物体内的材料制成的，全部可以在自然环境中自发降解。 这个神奇的可降解塑料叫作PHA，它提取加工自微生物体内的脂肪。就像人类“长胖”一样，这些微生物会吸收环境中的油脂，并将其在自己体内转化为高分子脂肪，也就是制备PHA的原材料。基于这一材料制成的一次性餐具、包装盒、纺织品、家居饰品等产品，它们可以在自然环境中完全降解，大大降低塑料造成的“白色污染”。 上海蓝晶微生物科技有限公司合伙人 耿强：我们可以看到，一根吸管在不到60天的时间，就可以完全变得几乎消失不见，它最终的降解产物只有水和二氧化碳，特别环保。 记者探访未来工厂里的“黑灯实验室” 为了寻找到最容易转化脂肪的微生物“胖子”，科研人员设计出了成千上万的候选菌株，在一个自动化的“黑灯实验室”内，全天24小时不间断进行自动化筛选。 上海蓝晶微生物科技有限公司首席科学家 饶驰通：这个实验室搭建了目前国内规模最大、我们自主研发的生物反应器阵列，我们会把通过初选的候选菌株进一步发酵，验证它们的工业化潜力。 总台央视记者 张春玲：距离上海400公里的江苏滨海沿海工业园是这家企业的生产基地，除了植物油脂，他们还在使用餐厨的废油作为原料进行加工，已经进入了中试阶段，具有更为广泛的应用前景。在这个环境友好的未来工厂内，一群平均年龄31岁的年轻人正在用科技改变着我们的生活。 更高效！记者探访自动化“生物铸造工厂” 合成生物学前景无限，但它的研发周期其实是很漫长的。在深圳，现在有一座“生物铸造工厂”，它正在通过自动化、高通量的研发新模式，让合成生物的设计、研发变得更快更简单。 总台央视记者 张春玲：这里是深圳光明科学城，全球第一个合成生物大科学装置就在这里。接下来我们就要去探秘这个充满未来感的“生物制造工厂”。 要完成“生物”合成，需要经过设计、构建、测试和学习四个基本步骤。海量筛选和测试是其中必不可少的环节。 总台央视记者 张春玲：在合成生物自动化的铸造工厂，这样的功能岛一共有40个，每一个功能岛就是一个自动化的生产车间，所有的功能岛组合在一起就形成了一个合成生物的自动化流水线，可以完成基因合成、细胞改造、测试、筛选到输送储存等全流程。 深圳合成生物研究重大科技基础设施总工程师 金帆：它可以把原来分布式的小实验室，或者实验流程不是非常精确的实验，通过一个中心化集成化的实验平台完成，高自动化、高通量的规模给它带来了效率上的提升，比如说传统开发一个菌株可能要研发两三年，这个平台上研发只需要两三个月。 平台使用者 柏垠生物创始人 钟超：而且最重要的，机器自动化每一步都是做到0.1%的偏差，在测量方面的准确度、迭代速度方面都是非常快的。 如今，依托合成生物大设施产出的高水平论文已有上百篇，同时还诞生了“构建人体免疫发育细胞图谱”等重大原创成果，在基础研究和成果转化方面都起到了推动作用。 战略到实践 我国合成生物产业化进程提速 作为一个战略性新兴产业发展方向，各地近来也在加紧合成生物产业的布局。 今年7月，北京发布相关产业发展行动计划，提出到2026年，在重点应用领域落地一批创新产品，初步形成1~2个百亿级产业集聚区。 今年4月，上海合成生物学创新中心揭牌，计划围绕合成生物建成三个转化平台，推动上海化学工业区成为合成生物产业发展创新示范区。 深圳作为全球合成生物创新高地，最近3年吸引了全国约40%的合成生物新企业落户。截至今年6月底，光明区的合成生物产业集群已估值近320亿元。 我们也期待着在资源整合和政策的支持下，我国合成生物制造产业链可以快速迭代发展，也为生活带来更多便利、更多可能。