網(wǎng)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(chǎn)業(yè)變革深入發(fā)展，以生物制造等為代表的新興產(chǎn)業(yè)成為我國培育發(fā)展新動能、打造發(fā)展新優(yōu)勢的重要領域，正在悄然改變著我們的生產(chǎn)與生活。本期“院士講科普”，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。

圖①：生物制造流程示意圖。圖②：生物航煤樣品。圖③：生物基塑料樣品。

“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(chǎn)人們想要的物質(zhì)。簡而言之，生物制造就是讓生命來“造東西”。

比如，傳統(tǒng)發(fā)酵技術是讓酵母生產(chǎn)酒，而利用現(xiàn)代生物制造技術，科學家可以讓它生產(chǎn)藥物分子、香料、塑料甚至燃料?？梢哉f，生物制造是傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)，在于它不是對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)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(xiàn)“雙碳”目標的關鍵技術抓手。傳統(tǒng)制造業(yè)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(chǎn)品，實現(xiàn)了“以生替化”“以碳養(yǎng)碳”。

其次，生物制造的原料更廣泛、過程更綠色、生產(chǎn)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(tài)系統(tǒng)”，制造過程更高效、智能。例如，二氧化碳可被轉(zhuǎn)化為燃料和化學品；農(nóng)作物秸稈能被“吃”成可降解塑料；菌種可生產(chǎn)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(chǎn)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(jù)相關機構預測，到2050年，全球約60%的工業(yè)產(chǎn)品可通過生物制造生產(chǎn)。生物制造未來產(chǎn)生的經(jīng)濟價值或?qū)⒊^30萬億美元。

我國正加快布局生物制造產(chǎn)業(yè)。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(guī)劃建議提出“前瞻布局未來產(chǎn)業(yè)”，推動生物制造等成為新的經(jīng)濟增長點。如今，我國在發(fā)酵產(chǎn)能、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、工程化經(jīng)驗等方面已具備領先優(yōu)勢，有望在這場未來產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中占據(jù)重要位置。

生物制造改變了傳統(tǒng)生產(chǎn)的邏輯

自動化高通量菌種篩選設施。

如果說工業(yè)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(chǎn)的邏輯。

在實驗室里“種”肉、在發(fā)酵罐里“造”蛋白，這聽起來像科幻，但已成為現(xiàn)實。通過細胞培養(yǎng)和微生物發(fā)酵技術，無需通過養(yǎng)殖，即可培育出口感和營養(yǎng)都與真正肉類相似的“細胞肉”。這種生產(chǎn)方式不僅節(jié)約資源，還能顯著減少甲烷排放，為糧食安全和生態(tài)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(chǎn)業(yè)是碳排放大戶，生物制造則為“綠色時尚”提供了可能?？茖W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(zhì)的磚塊。這些磚在潮濕環(huán)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?qū)⒊蔀椤熬G色生命體”，既環(huán)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(xiàn)生物基航空燃料的商業(yè)試飛。此外，生物制造還能生產(chǎn)高性能潤滑油、輪胎橡膠等材料，讓交通出行實現(xiàn)綠色化。

在醫(yī)學領域，生物制造正在重塑藥物的生產(chǎn)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(chǎn)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(yī)生或許能直接在醫(yī)院里“打印”藥物和組織器官，提供個性化醫(yī)療。

構建自主可控的技術底座是難題

挑戰(zhàn)一：補齊底層能力，創(chuàng)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(shù)據(jù)庫等，但這些是目前我國相對薄弱的環(huán)節(jié)。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(yè)級生物信息數(shù)據(jù)庫尚未完全建立。要實現(xiàn)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(zhàn)二：科研成果產(chǎn)業(yè)化落地存在困難。很多生物制造技術在實驗室里已經(jīng)成熟，但在產(chǎn)業(yè)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(guī)模發(fā)酵罐中卻“罷工”；成本控制、穩(wěn)定性、安全性等也是經(jīng)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(chǎn)業(yè)銜接。未來，這些平臺將成為生物制造從“論文”變成“產(chǎn)品”的橋梁，讓更多科研成果走向市場。

挑戰(zhàn)三：政策與標準體系需持續(xù)探索。新技術要進入生活，離不開制度保障。目前，生物基產(chǎn)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(chǎn)品的碳減排貢獻？如何評估合成微生物的環(huán)境風險？這些都需要建立統(tǒng)一的標準。

“人工智能+”“碳循環(huán)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(yōu)化代謝路徑、快速篩選高產(chǎn)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(huán)制造——從“碳消耗”邁向“碳循環(huán)”。以二氧化碳為原料的“碳捕集+生物轉(zhuǎn)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(chǎn)品”。這意味著制造業(yè)或?qū)摹疤枷摹边~向“碳循環(huán)”。

趨勢三：跨界融合——從單一技術到生態(tài)網(wǎng)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(tài)網(wǎng)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(chǎn)業(yè)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(shù)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》（2025年12月13日 第 05 版）

原標題：《生物制造：以生命為動力的未來工廠（院士講科普）》

轉(zhuǎn)載自人民網(wǎng)微信公眾號

新媒體編輯：宗敏

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