凯发集团官网30年PHA走向产|卑弥呼|业化
2024-09-14 07:47:04
k8凯发国际凯发k8国际官网ღღ★◈，凯发k8娱乐官网ღღ★◈。凯发K8天生赢家一触即发官网凯发K8官网ღღ★◈，但如果告诉你ღღ★◈，PHA已经开始在餐具ღღ★◈、食品包装ღღ★◈、3D打印卑弥呼ღღ★◈、纺织纤维ღღ★◈、医疗器械等诸多领域应用ღღ★◈，你就会觉得它离我们的生活并不遥远ღღ★◈。
“PHA即聚羟基脂肪酸酯材料家族ღღ★◈，是从细胞里长出的新材料ღღ★◈。它在自然界可完全降解ღღ★◈，无毒无害ღღ★◈。”日前接受科技日报记者采访时ღღ★◈，清华大学生命科学学院教授ღღ★◈、合成与系统生物学中心主任陈国强这样介绍ღღ★◈。
早在30年前ღღ★◈，陈国强就认定PHA是未来绿色材料的方向ღღ★◈，并义无反顾地走上生物制造PHA的研发之路ღღ★◈。“这是一个不断试错的过程ღღ★◈，我们一次又一次碰壁ღღ★◈，再一次次闯过去ღღ★◈。”他说ღღ★◈。
为了减少石油基塑料使用ღღ★◈，避免造成更多的白色污染ღღ★◈，科研人员一直在寻找可降解的替代材料ღღ★◈。生物制造ღღ★◈，就是公认的替代材料生产路径之一卑弥呼ღღ★◈。
“生物制造ღღ★◈，顾名思义ღღ★◈，是通过对生物体进行重新设计和改造ღღ★◈，获得性能优良的底盘细胞ღღ★◈，再以这些细胞为工厂ღღ★◈，制造出人类需要的各类材料ღღ★◈。”陈国强告诉记者ღღ★◈。
在诸多的生物材料中ღღ★◈，PHA具有生物相容性ღღ★◈、热塑性ღღ★◈、可降解等优势ღღ★◈。基于此前数年的探索与实践ღღ★◈，1994年ღღ★◈，在国外做完博士后研究的陈国强来到清华大学ღღ★◈，组建团队ღღ★◈，潜心研究如何实现PHA量产ღღ★◈。
“在实验室ღღ★◈，很多问题不容易暴露ღღ★◈。而在工厂ღღ★◈，规模一放大ღღ★◈，问题就都来了ღღ★◈。”陈国强发现ღღ★◈，首当其冲的难题是“染菌”——在培养微生物细胞过程中ღღ★◈，其他菌类微生物会伴随其一起生长ღღ★◈。
一旦微生物细胞“染菌”ღღ★◈，整个发酵过程就得从头再来ღღ★◈，损失巨大ღღ★◈。而要想防止细胞被感染ღღ★◈，就必须进行严格的无菌操作卑弥呼ღღ★◈，对设备ღღ★◈、人员要求苛刻ღღ★◈，能耗也高卑弥呼凯发集团官网ღღ★◈。
“我们尝试了很多种微生物ღღ★◈，都无法解决这个问题ღღ★◈。”陈国强回忆说ღღ★◈，直到一次偶然的机会ღღ★◈，他想到了极端微生物ღღ★◈。
极端微生物一般生长在普通微生物很难存活的极端环境中ღღ★◈，不会轻易被其他微生物感染ღღ★◈。有了它ღღ★◈，PHA生产过程可以相对开放ღღ★◈，无需采取复杂繁琐的灭菌操作ღღ★◈。
很遗憾ღღ★◈，团队成员跑遍多地寻找ღღ★◈，均无功而返ღღ★◈。直到2006年ღღ★◈，在一个纬度低ღღ★◈、昼夜温差大ღღ★◈、盐度比海水还高的盐湖中取回的土样中ღღ★◈，他们终于分离出了兼具耐盐和快速生长特性的菌株ღღ★◈，这便是嗜盐菌ღღ★◈。
“底盘细胞在发酵过程中ღღ★◈，能够将葡萄糖ღღ★◈、淀粉ღღ★◈、植物油等可再生生物质凯发集团官网ღღ★◈，转化为PHAღღ★◈。”陈国强打比方说ღღ★◈，“它们好比工厂里的机器ღღ★◈，可以源源不断地生产出我们需要的高分子材料ღღ★◈。”
要想获得底盘细胞ღღ★◈，就必须对嗜盐菌基因进行拆卸ღღ★◈、组装ღღ★◈。新的问题随之而来——嗜盐菌太特殊了ღღ★◈，缺乏现成的分子操作工具ღღ★◈。
“‘分子手术刀’‘分子缝合针’‘分子运输车’都是必备工具ღღ★◈。”陈国强解释道ღღ★◈，“它们分别负责对微生物基因实施切割ღღ★◈、重组ღღ★◈、运输ღღ★◈。”
质粒载体是常用的“分子运输车”ღღ★◈，负责将重组后的基因导入受体细胞ღღ★◈。“仅这一种工具ღღ★◈，就耗费了我们大量精力ღღ★◈。”陈国强告诉记者ღღ★◈，团队先后尝试了数百种现有的质粒ღღ★◈，都不成功ღღ★◈。
怎么办？只有扩大范围凯发集团官网ღღ★◈，寻找新的质粒ღღ★◈。经过不懈努力ღღ★◈，大家又筛选出具有潜力的两百多个质粒ღღ★◈，一一试验ღღ★◈，终于迎来转折——有3个能用ღღ★◈！
在此基础上ღღ★◈，团队又开发出一系列基因编辑ღღ★◈、代谢调控ღღ★◈、网络优化的工具ღღ★◈，可以从不同层面来修饰ღღ★◈、调控底盘细胞的性能ღღ★◈。
开发分子操作工具ღღ★◈，研发团队用了整整十年ღღ★◈。“这个过程很痛苦ღღ★◈。”陈国强坦言ღღ★◈，成功的秘诀是信念与坚持ღღ★◈。
“接下来是生产验证ღღ★◈，我们又用了七八年时间ღღ★◈，先后闯过了发酵工艺提升ღღ★◈、细菌形态改造ღღ★◈、材料分离提取等难关ღღ★◈，跨越了工业放大‘死亡谷’ღღ★◈。”团队成员ღღ★◈、清华大学生命科学学院副研究员吴赴清介绍ღღ★◈。
工业放大攻坚期间ღღ★◈，2018年ღღ★◈，陈国强在国际上首次提出“下一代工业生物技术”ღღ★◈，并在“小试”“中试”与规模化生产中得到验证ღღ★◈。
“‘下一代工业生物技术’利用无需灭菌的连续发酵体系进行生产ღღ★◈，具有开放式ღღ★◈、高效率ღღ★◈、低能耗和节约水资源等优点ღღ★◈，是传统生物制造技术的2.0升级版本ღღ★◈。”吴赴清说ღღ★◈，这些颠覆性特点ღღ★◈，反而让传统发酵企业顾虑重重ღღ★◈。
“一直以来ღღ★◈，都要严格密封ღღ★◈、高温灭菌ღღ★◈，你说不用就不用了？”有的企业甚至觉得研发团队是在“忽悠”ღღ★◈。
几经辗转ღღ★◈，团队终于找到一家愿意尝试的大型发酵企业ღღ★◈。为了打消对方顾虑凯发集团官网ღღ★◈，发酵测试就在企业现场进行卑弥呼ღღ★◈。
2021年ღღ★◈，成果转化企业——北京微构工场生物技术有限公司（以下简称“微构工场”）成立ღღ★◈，产业化步入快车道ღღ★◈。
“公司成立后卑弥呼ღღ★◈，在市场的牵引下ღღ★◈，实验室科研进展全面提速ღღ★◈。”微构工场副总裁欧阳鹏飞说ღღ★◈，“以前ღღ★◈，菌种9年迭代3代ღღ★◈；最近几年ღღ★◈，1年就迭代3代ღღ★◈；今年ღღ★◈，有望迭代4到5代ღღ★◈。”
年产千吨的智能生产示范线万吨的生产基地在湖北宜昌设立……“我们还联合川宁生物推进医疗级PHA产业应用ღღ★◈，在安徽合肥建设‘灯塔工厂’探索各类应用场景ღღ★◈。”欧阳鹏飞介绍ღღ★◈。
2023年ღღ★◈，基于嗜盐菌的开发利用和“下一代工业生物技术”对业界的贡献ღღ★◈，国际代谢工程学会授予陈国强“国际代谢工程奖”ღღ★◈。如今ღღ★◈，相关技术已被广泛应用于生物制造的开放式生产中ღღ★◈。
在最近召开的全国科技大会ღღ★◈、国家科学技术奖励大会ღღ★◈、两院院士大会上ღღ★◈，习近平总书记强调ღღ★◈，要瞄准未来科技和产业发展制高点ღღ★◈，加快新一代信息技术凯发集团官网ღღ★◈、人工智能ღღ★◈、量子科技卑弥呼ღღ★◈、生物科技ღღ★◈、新能源ღღ★◈、新材料等领域科技创新ღღ★◈，培育发展新兴产业和未来产业ღღ★◈。
面向未来ღღ★◈，陈国强信心满怀ღღ★◈：“我们将扎实推进科技创新和产业创新深度融合ღღ★◈，持续提高PHA产业化水平ღღ★◈，为我国实现‘双碳’目标和绿色发展贡献力量ღღ★◈！”
