圖：生物制造流程示意圖。北京化工大學提供
網友：最近，生物制造成了熱詞。我很好奇，什么是生物制造？它如何改變我們的生活？
編輯：當前，新一輪科技革命和產業變革深入發展，以生物制造等為代表的新興產業成為我國培育發展新動能、打造發展新優勢的重要領域，正在悄然改變著我們的生產與生活。本期“院士講科普”，我們邀請中國工程院院士、北京化工大學校長譚天偉，談談生物制造如何智造未來。
“有生命的工廠”開辟新的制造路徑
說起“制造”，人們通常會想到機器轟鳴、機械臂舞動的鋼鐵工廠。然而，有一種“制造”卻截然不同，是“有生命的工廠”——這就是生物制造。
所謂生物制造，就是利用微生物、動物或植物細胞等生命單元，通過設計、改造、控制它們的代謝路徑，生產人們想要的物質。簡而言之，生物制造就是讓生命來“造東西”。
比如，傳統發酵技術是讓酵母生產酒，而利用現代生物制造技術，科學家可以讓它生產藥物分子、香料、塑料甚至燃料?？梢哉f，生物制造是傳統發酵產業與合成生物學的結合，它不再依賴石油、煤炭等，而是以糖、秸稈、二氧化碳等可再生資源為原料，生產人類日常生活所需的材料和化學品。
生物制造之所以被稱為未來產業，在于它不是對傳統產業的延展，而是另辟了一條以生命為動力的制造路徑。這條路重要在哪里？
首先，生物制造是助力實現“雙碳”目標的關鍵技術抓手。傳統制造業以石油、煤炭等化石資源為基礎，而生物制造用的是糖、淀粉、二氧化碳等可再生資源。微生物在生物反應器中“吃”掉這些原料，代謝出高附加值產品，實現了“以生替化”“以碳養碳”。
其次，生物制造的原料更廣泛、過程更綠色、生產更智能。生物制造用生命的智慧取代一般的工藝流程，讓工廠更像“生態系統”，制造過程更高效、智能。例如，二氧化碳可被轉化為燃料和化學品；農作物秸稈能被“吃”成可降解塑料；菌種可生產藥物、香料、纖維。
更重要的是，借助人工智能與合成生物學，科學家可以“編程生命”：像寫代碼一樣設計微生物的基因，讓其按照人類的需求生產特定分子。這種“可編程制造”，讓生物制造釋放更大的潛力。
根據相關機構預測，到2050年，全球約60%的工業產品可通過生物制造生產。生物制造未來產生的經濟價值或將超過30萬億美元。
我國正加快布局生物制造產業。2024年《政府工作報告》提出積極打造生物制造等新增長引擎；“十五五”規劃建議提出“前瞻布局未來產業”，推動生物制造等成為新的經濟增長點。如今，我國在發酵產能、產業規模、工程化經驗等方面已具備領先優勢，有望在這場未來產業的發展中占據重要位置。
生物制造改變了傳統生產的邏輯
如果說工業革命讓機器替代了手工，那么生物制造就是讓生命替代機器。生物制造正融入我們生活的方方面面，并悄然改變著生產的邏輯。
在實驗室里“種”肉、在發酵罐里“造”蛋白，這聽起來像科幻，但已成為現實。通過細胞培養和微生物發酵技術，無需通過養殖，即可培育出口感和營養都與真正肉類相似的“細胞肉”。這種生產方式不僅節約資源，還能顯著減少甲烷排放，為糧食安全和生態平衡提供了新方案。此外，微生物蛋白、合成乳制品、植物基食品等新型食材也正被擺上餐桌。
時尚產業是碳排放大戶，生物制造則為“綠色時尚”提供了可能。科學家已能讓細菌“吐出”絲蛋白，做成柔軟耐磨的生物絲綢；藻類和真菌能合成可降解纖維，替代聚酯、尼龍等石化紡織品。一些品牌正嘗試用菌絲皮革制作包袋、鞋子，這種“會呼吸的皮革”無需使用動物毛皮，且能被自然降解。
在建筑領域，科學家利用“生物磚”技術，讓真菌菌絲和礦物顆粒結合，形成堅硬、輕質的磚塊。這些磚在潮濕環境下能自我修復、吸收二氧化碳。再配合生物基涂料、生物膠黏劑，未來的建筑或將成為“綠色生命體”，既環保又安全。
未來的汽車、飛機，可能用上“二氧化碳做的油”。某些特殊菌種能“吃”二氧化碳、“吐”出乙醇或航空燃料。目前，我國已實現生物基航空燃料的商業試飛。此外，生物制造還能生產高性能潤滑油、輪胎橡膠等材料，讓交通出行實現綠色化。
在醫學領域，生物制造正在重塑藥物的生產方式。過去需要幾百個工序才能合成的藥物分子，如今微生物幾天就能完成。更先進的合成生物學還能讓細胞生產個體化藥物，如CAR—T細胞療法、基因編輯藥物、重組蛋白藥物等，讓治療更加精準、高效。未來，醫生或許能直接在醫院里“打印”藥物和組織器官，提供個性化醫療。
構建自主可控的技術底座是難題
挑戰一：補齊底層能力，創新體系亟待突破。生物制造的重點在于“設計生命”，這需要強大的底層能力：基因編輯工具、菌種設計算法、酶工程技術、代謝路徑數據庫等，但這些是目前我國相對薄弱的環節。核心菌種仍多依賴國外資源；關鍵酶和生物反應器部分零部件尚需進口；工業級生物信息數據庫尚未完全建立。要實現真正的“生命智造”，必須攻克這些基礎性難題，構建自主可控的技術底座。
挑戰二：科研成果產業化落地存在困難。很多生物制造技術在實驗室里已經成熟，但在產業化過程中卻卡在中試階段。生物反應過程極其復雜，菌種在小試時活躍，到大規模發酵罐中卻“罷工”；成本控制、穩定性、安全性等也是經常面臨的問題。目前，我國正在加快建設國家級中試驗證平臺，推動科研與產業銜接。未來，這些平臺將成為生物制造從“論文”變成“產品”的橋梁，讓更多科研成果走向市場。
挑戰三：政策與標準體系需持續探索。新技術要進入生活，離不開制度保障。目前，生物基產品的低碳認證、生物安全評估、市場準入機制仍待細化。如何量化生物制造產品的碳減排貢獻？如何評估合成微生物的環境風險？這些都需要建立統一的標準。
“人工智能+”“碳循環制造”“跨界融合”是趨勢
趨勢一：“人工智能+生物制造”——讓“設計生命”像寫代碼。人工智能正在成為生物制造的新引擎。通過機器學習，人工智能可以幫助科學家預測基因突變效果、優化代謝路徑、快速篩選高產菌株。以前改良一個菌種需要幾年時間，通過人工智能可以把時間縮短到幾周。
趨勢二：碳循環制造——從“碳消耗”邁向“碳循環”。以二氧化碳為原料的“碳捕集+生物轉化”技術已取得重大突破。未來，越來越多工廠不僅不用排放二氧化碳，還能“吃碳吐產品”。這意味著制造業或將從“碳消耗”邁向“碳循環”。
趨勢三：跨界融合——從單一技術到生態網絡。未來的生物制造將不再是單一技術，而是一個多學科融合的生態網絡：生物學與材料科學結合，催生新型生物材料；生物技術與能源產業結合，形成綠色燃料體系；生物制造與智能制造結合，誕生自動化、數字化、可編程的“生命工廠”。
（作者為中國工程院院士、北京化工大學校長）
來源：人民日報
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