照片為脫氧核糖核酸示意圖。 　　樊 健制（影像中國）

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　　相比於傳統制造方式，生物制造在生產原料、加工工藝等方面另辟蹊徑。加快化工、醫療、材料、輕工等重要工業產品制造與生物技術深度融合，將推動經濟發展向綠色低碳可持續發展模式轉型。

　　理論上，全球一半以上的重要化學品可以用生物制造方法獲得，但目前真正實現生物制造的產品僅佔很小一部分。從技術賦能經濟發展角度來看，理論比例和實際應用之間的巨大差距，意味著新的經濟增長點。這也是世界各國搶佔生物制造科技制高點的原因所在。

　　2022年12月15日，習近平總書記在中央經濟工作會議上的重要講話中指出：“要加快新能源、人工智能、生物制造、綠色低碳、量子計算等前沿技術研發和應用推廣，支持專精特新企業發展。”生物制造作為全球新一輪科技革命和產業變革的戰略制高點之一，正在改變物質生產方式，實現生產原料、制造工程、產品性質的重大革新，因此被視為制造領域一次新的“工業革命”。《“十四五”生物經濟發展規劃》也明確將生物制造作為生物經濟戰略性新興產業發展方向。

　　革新生產方式，助力綠色低碳可持續發展

　　生物制造是利用生物組織或生物體（酶、微生物細胞等）進行物質加工，生產各種人類所需產品的先進物質轉化工業模式。相比於傳統制造方式，生物制造在生產原料、加工工藝等方面另辟蹊徑。加快化工、醫療、材料、輕工等重要工業產品制造與生物技術深度融合，將推動經濟發展向綠色低碳可持續發展模式轉型。概括地講，生物制造主要有三方面革新。

　　一是革新生產原料。以往的工業體系以石油煉制等為基礎，依賴化石資源作為起始原料。隨著人類需求不斷增長，大量使用化石資源會對氣候、海洋、土壤、生物多樣性等產生負面影響，最終威脅人類生存發展。為解決這些問題，生物制造以糖、澱粉、木質纖維素等可持續再生原料，合成各種能源燃料、大宗化學品、材料、藥物等產品，部分取代了依賴化石資源的能源和化學品生產。為進一步降低原料成本，助力實現“雙碳”目標，生物制造領域的科研工作者正在不懈探索。比如，以成本較低的一碳化合物（二氧化碳、一氧化碳、甲烷、甲醇、甲酸等）為原料，在實驗室中合成澱粉、蛋白質等。隨著生物制造技術不斷發展，將有可能以空氣、水等綠色環保又易於獲得的物質為原料，生產人類生活所需的各種物質。

　　二是革新物質加工工藝。不同於傳統的物質加工過程，生物制造通過對生物系統進行改造，在溫和條件下以綠色低碳的方式生產化學品。這樣，既可以減少化學廢料和二氧化碳排放，又可以大大降低能源消耗，提高產品質量。比如用於水淨化處理、紙漿加工和管道內涂層的大宗有機化工原料丙烯酰胺、用於治療高膽固醇血症的降脂藥阿托伐他汀鈣等，就實現了從化學制造到生物制造的跨越，產品質量大幅提高，制造過程中污染物明顯減少，能耗顯著降低。另外，已有相當一部分燃料通過生物制造得以生產。如以木質纖維素為原料，通過生物發酵大規模生產的燃料乙醇，具有清潔、可再生等特點，能夠降低汽車尾氣中的一氧化碳和碳氫化合物含量，有助於減緩全球氣候變化，對能源安全和可持續發展具有重要意義。

　　三是革新人類生活方式。不斷發展的生物制造，將帶領人們走向更加健康、環保、可持續的生活方式。生物制造可以用來制造可持續材料，如生物塑料和生物纖維﹔可以用於生產個性化的醫療產品，根據患者的特定需求和遺傳背景進行定制，提高治療效果﹔可以用於清除污染物和降解有害物質，減少廢水和廢棄物對環境的污染。在食品領域，利用生物制造技術生產營養價值更高、負面作用更少的肉、蛋、奶、油等食品，既有利於人體健康，又可以減少耕地面積佔用和溫室氣體排放。

　　全方位服務生產生活，構建發展新動能

　　我們生產生活的方方面面，都是生物制造大顯身手的天地。理論上，全球一半以上的重要化學品可以用生物制造方法獲得，但目前真正實現生物制造的產品僅佔很小一部分。從技術賦能經濟發展角度來看，理論比例和實際應用之間的巨大差距，意味著新的經濟增長點。這也是世界各國搶佔生物制造科技制高點的原因所在。對消費者來說，生物制造幾乎可以在衣食住行等各方面“承包”我們的生活，並為我們的生命健康提供科技保障。

　　醫藥是生物制造應用的重點領域之一。青霉素的發現和利用，就是生物制造技術造福人類的典型案例。科學家偶然發現青綠色霉菌具有抑制細菌生長的能力，此后，通過青霉素高產菌的篩選與分離、發酵技術的改善和發酵工藝流程的改進等一系列技術創新，最終實現青霉素的規模化批量生產，挽救了無數生命、延長了人類壽命。用於治療糖尿病的藥物阿卡波糖，運用微生物菌種選育、發酵過程優化調控、產物分離純化和雜質控制等生物制造技術，產品質量得到提高，成本大大降低，惠及廣大患者。在醫藥行業的前沿——“手性”醫藥化學品有機合成領域，利用生物制造相關合成元件，實現高選擇性合成具有突出優勢，藥效高、副作用小。此外，借助經典的代謝工程策略以及高效的基因編輯技術，可以在釀酒酵母、大腸杆菌中實現青蒿素和維生素等的從頭合成，這種方法合成效率高，是未來高附加值大健康類化學品合成的發展方向。

　　在農業領域，生物制造已被廣泛應用於生物農藥、生物肥料、生物飼料、動物疫苗及獸藥研發與生產。上世紀60年代，紋枯病是我國水稻第一大病，嚴重威脅國家糧食生產安全。上世紀70年代初，科研工作者在井岡山篩選獲得吸水鏈霉菌井岡變種，並以生物制造的方法，實現了井岡霉素的規模化生產。於是，特效微生物農藥井岡霉素問世，由此開啟了我國農藥生物工業進程。井岡霉素成為目前使用面積廣、價格低廉，對人畜安全的理想無公害農藥，為我國水稻的穩定高產做出了貢獻。又如廣譜觸殺型滅生性除草劑L—草銨膦，具有活性高、安全性好、持效期長、保持水土等優勢。隨著酶改造技術、生物催化與轉化技術等生物制造技術的不斷進步，我國科研工作者通過合成生物學技術，編輯關鍵酶合成基因、構建細胞工廠、強化體內外合成效率等生物制造技術，實現這種除草劑的萬噸級高效生產，為農藥“減量增效”提供有力保障。

　　在環境治理與保護方面，尤其在大氣、水、土壤等污染防治中，生物制造也發揮著巨大作用。相較於膜處理、化學脫毒等傳統處理工藝，利用功能型微生物（如芽孢杆菌）的快速生長及分解代謝能力，並通過功能菌群中多細胞的協同配合，能夠更有效實現水體脫氮除磷、重金屬土壤修復、固體廢物利用與處置。借助人工多細胞體系，生物制造可以實現餐廚垃圾快速原位降解，解決垃圾轉運的高費用以及異味排放等“痛點”。未來，利用生物制造技術生產的復合菌劑，有望在一個個簡易發酵罐中，將廢物轉化為有機肥料和基礎化工原材料，實現垃圾的無害化、減量化以及資源化。

　　科技服務美好生活。在醫藥、農業、食品、化工、材料、能源等各領域，生物制造前景廣闊，能為解決能源、氣候與環境問題、實現綠色低碳可持續發展提供強有力的科技支撐。隨著相關技術發展，生物制造還將給我們帶來更多驚喜，在更多維度革新生產生活方式，為中國式現代化貢獻科技力量。

　　（作者為中國工程院院士、浙江工業大學教授）

　　推薦讀物

　　《生物經濟：一個革命性時代的到來》：李斌主編﹔中國民主法制出版社出版。

　　《生物產業發展戰略研究（2035）》：譚天偉等著﹔科學出版社出版。

　　《浙江省生物制造產業發展報告》：、金利群主編﹔化學工業出版社出版。

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