原标题：生物制造：以生命为动力的未来工厂（学者谈科学传播） 网友：最近，生物制造成了一个热词。我很好奇，什么是生物制造？它将如何改变我们的生活？ 开启新制造之路的“活工厂” 当人们想到“制造业”时，他们通常会想到拥有轰鸣的机器和舞动的机械臂的钢铁工厂。然而，另一种完全不同的“制造”是“活工厂”，也就是生物制造。 所谓生物制造，就是利用微生物、动植物细胞等生命单位，通过设计、转化和控制代谢途径，生产人们想要的物质。简而言之，生物制造就是以生命为基础“创造事物”的过程。 例如，传统的发酵技术可以让酵母生产葡萄酒，但现代生物制造技术可以让科学家制造药物分子、香料、塑料甚至燃料。生物制造可以说是传统发酵工业与合成生物学的结合。我们不依赖石油或煤炭，而是使用糖、秸秆和二氧化碳等可再生资源作为原材料，生产人类日常生活所需的材料和化学品。 生物制造被认为是未来的产业，因为它不是传统产业的延伸，而是创造了由生命驱动的替代制造路线。这条路有什么重要的呢？ 首先，生物制造是助力实现碳目标的重要技术抓手。传统制造业依赖石油和煤炭等化石资源，而生物制造则使用糖、淀粉和二氧化碳等可再生资源。通过在生物反应器中“吃掉”这些原料并将其代谢成高附加值产品，我们可以“以生物质替代化学品”和“以碳耕农”。 其次，b工业制造涉及更广泛的原材料、更绿色的流程和更智能的生产。生物制造是将普通技术过程转化为生物。用智慧代替，让工厂更像“生态系统”，让制造过程更加高效、智能。例如，二氧化碳可以转化为燃料和化学品。农作物秸秆可以被可降解塑料“吃掉”。细菌产生药物、香料和纤维。 更重要的是，借助人工智能和合成生物学，科学家可以“编程生命”。坎恩对微生物基因进行改造，编写代码，使它们能够根据人类的需要产生特定的分子。这种“可编程制造”让生物制造释放出更大的潜力。 据相关组织预测，到2050年，全球约60%的工业产品可通过生物制造生产。产生的经济价值未来生物制造带来的价值可能超过 30 万亿美元。 我国正在加快布局生物制造产业。 2024年政府活动报告提出积极打造生物制造等新增长引擎。 “十五五”规划建议“未来产业前瞻性定位”，推动生物制造等新经济增长点。目前，日本在发酵产能、产业规模、工程背景等方面拥有全球领先优势之一，有望在未来行业发展中占据重要地位。 生物制造改变传统生产逻辑 如果说工业革命意味着体力劳动被机器取代，那么生物制造则意味着机器取代生命。新兴材料的制造融入到我们生活的方方面面，悄然改变着生产逻辑。 在实验室“种植”肉类并在实验室“生产”蛋白质发酵罐可能看起来像科幻小说，但现在它已成为现实。利用细胞培养和微生物发酵技术，无需培育，就能培育出与真肉具有相似风味和营养的“细胞肉”。这种生产方式不仅节约了资源，还显着减少了甲烷排放，为粮食安全和平衡生态河流提供了新的解决方案。此外，微生物蛋白、合成乳制品和植物性食品等新食品成分不断涌现。 时尚产业的碳足迹很高，而生物制造为“绿色时尚”提供了潜力。科学家们让细菌“吐出”丝蛋白，创造出柔软、耐磨的生物丝。藻类和真菌可以合成可降解纤维来替代聚酯、尼龙等石化纤维。一些品牌正在尝试在包袋和鞋子中使用菌丝体皮革。这种“会呼吸的皮革”不需要我们由动物皮制成，可自然分解。 在建筑领域，科学家们正在利用“生物砖”技术将真菌菌丝和矿物颗粒结合起来，形成坚硬、轻质的砖块。当砖暴露在潮湿环境中时，它会自行固化并吸收二氧化碳。与生物基涂料和生物粘合剂相结合，未来的建筑可以成为安全、环保的“绿色生物体”。 未来，“二氧化碳制油”可用于汽车和飞机。一些特殊的细菌菌株可以“吃掉”二氧化碳并“吐出”乙醇或喷气燃料。目前，我国已实现生物基航空燃料商业试飞。此外，生物制造还可以生产高性能润滑油、轮胎橡胶以及其他绿色交通材料。 在医学领域，生物制造正在改变药物的制造方式。以前需要数百步才能合成的药物分子现在可以变得复杂几天之内就被微生物消灭了。更先进的合成生物学将允许细胞生产个性化药物，例如CAR-T细胞疗法、基因编辑药物和重组蛋白药物，使治疗更加精准和高效。未来，医生将可以直接在医院“打印”药物、组织和器官，提供个性化医疗。 建设自主可控的科技基础设施是一个难题 挑战一：创新系统迫切需要补充核心能力的进步。生物制造的目标是“生命设计”，包括基因编辑工具、菌株设计算法和酶工程。需要强大的核心能力，如科学技术、代谢途径数据库等，但目前是我国相对薄弱的环节。主要菌株仍高度依赖国外资源。一些关键酶和生物反应器仍需要进口。一个工业级生物信息数据库尚未完全建立。要实现真正的“智能生命制造”，需要攻克这些根本性问题，构建自主可控的技术基础。 挑战二：科研成果产业化困难。许多生物制造技术在实验室已经成熟，但仍处于产业化过程的实验阶段。生物反应过程极其复杂。该菌株在小规模实验中很活跃，但在大规模发酵罐中受到“攻击”。成本控制、稳定性和安全性也经常受到质疑。目前，我国正在增设全国性验证试点平台，快速搭建和促进投资、科学试验和产业链接。未来，这些平台将架起生物制造从“论文”到“产品”的桥梁，并将更多科研成果推向市场。挑战3：必须不断审查政策和标准体系。如果没有制度保障，新技术就无法渗透到我们的生活中。目前，生物基产品的低碳认证、生物安全评估和市场准入机制仍需完善。如何量化生物制品对减少碳排放的贡献？如何评估合成微生物的环境风险？这些都需要建立统一的标准。 “人工智能+”、“碳循环制造”、“跨界融合”是趋势 趋势一：“人工智能+生物制造”——像写代码一样“设计你的生活”。人工智能正在成为生物制造的新驱动力。通过机器学习，人工智能可以帮助科学家预测基因突变的影响，优化代谢途径，并快速检测高性能菌株。虽然改善了过去采取的应变数年，人工智能可以将这个时间缩短到几周。 趋势二：循环碳制造：从“碳消耗”到“碳循环”。以二氧化碳为源的“碳捕获+生物转化”燃料技术取得了长足进展。未来，越来越多的工厂不仅不排放二氧化碳，而且“吃碳吐产品”。这意味着制造业可以从“碳消耗”转向“碳循环”。 趋势三：跨境融合：从技术单一路径到生态系统网络。未来的生物制造将不再是单一的技术，而是一个融合多学科的生态网络。生物学和材料科学的结合创造了新的生物材料。生物技术与能源工业的结合形成了绿色燃料系统。生物制造与智能制造的结合创造了自动化、数字化、可编程的“生命工厂”。 （作者是一位中国工程院院士、北京化工大学校长）
