嘉賓介紹

發(fā)展建言

發(fā)展寄語

《閎議》訪談節(jié)目由《中國科學院院刊》與中國互聯網新聞中心聯合出品，通過采訪兩院院士及專家學者，深度探討邁入“十四五”的中國社會在各領域的發(fā)展前路。以客觀、精準的解讀，科學、前瞻的思考，為站在“兩個一百年”歷史交匯點上的中國發(fā)展破題解惑，為邁向第二個百年目標貢獻智慧力量。

生物制造成為我國生物經濟戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展方向，原創(chuàng)菌種是這一產業(yè)的關鍵。我國的原創(chuàng)菌種發(fā)展情況如何？與國際先進水平相比還有哪些方面的差距？由清華大學開發(fā)的嗜鹽菌底盤原創(chuàng)菌種為何能獲得國際大獎？對此，《閎議》節(jié)目組專訪了清華大學教授、合成與系統生物學中心主任陳國強。

生物制造發(fā)展前景廣闊

中國網：生物制造作為新質生產力和戰(zhàn)略性新興產業(yè)的重點之一，是國家重點發(fā)展的方向和領域，您在該行業(yè)深耕30多年，如何看待其發(fā)展前景？目前在該領域，中國與發(fā)達國家的差距在哪些地方？

陳國強：我們國家對生物制造是非常重視的。生物制造有幾個優(yōu)點：第一，用可持續(xù)發(fā)展的原料來進行生產活動的原料，比如二氧化碳、甲醇、乙酸、淀粉、葡萄糖、脂肪酸，在地球上不斷出現，可以無窮無盡被消耗，所以這種生產方式是可持續(xù)的；另一方面，生物制造是在水里進行的反應，常溫常壓，無毒、無嗅、無害，所以是一個環(huán)境友好的生產方式。

相對于生物制造，化工制造一般是用有機溶劑在高溫、高壓、重金屬催化劑的情況下進行反應，相對來說是比較耗能的，而且對環(huán)境不是那么友好。它使用的資源是石油，石油并不是這個星球上可持續(xù)發(fā)展的原料，所以從未來可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展角度來說，生物制造的重要性特別顯現出來了。中國是一個資源消耗的大國，人口眾多，所以發(fā)展生物制造對我們國家未來的可持續(xù)發(fā)展特別重要，包括對未來的低碳生活也是特別重要的。所有的生產活動當然也包括生物制造，都會產生一定的二氧化碳。但是生物制造用的原料是吸收了二氧化碳的來源于植物的原料，包括二氧化碳本身，所以是低碳的生產活動。

生物制造的發(fā)展前景，我認為未來是非常廣大的。未來的更多的制造，特別是材料、燃料、食品、營養(yǎng)品，包括蛋白、藥物等，是更多的使用生物制造的方式進行的。從這個意義來說，生物制造未來是慢慢會取代化工制造，成為一個大的趨勢。

我們國家的生物制造產業(yè)在規(guī)模上是非常龐大的。比如發(fā)酵產業(yè)是生物制造里頭最重要的成分，全世界的發(fā)酵產業(yè)中國占了70%。所以我國在制造規(guī)模上是非常龐大的，但是我們也有一些短板，比如我們國家用的很多進行生物制造的核心菌種，是國外過來的。最近國家特別重視，投入了很多資源進行原創(chuàng)菌種的開發(fā)，但是需要一些時間。

除了菌種之外，我們國家還有另外一個短板就是裝備，比如高通量的連續(xù)離心機，目前我們還是依賴進口，非常昂貴，而且供貨期差不多有一年，對我們未來的發(fā)展是一個警示。另外就是進行發(fā)酵生產的各種各樣的電極，這些也大部分是國外的，所以這一塊我們國家也要進行進一步的投入，在裝備方面也不留下短板。

“原創(chuàng)芯片”嗜鹽菌的巨大意義

中國網：您兩次獲得生物制造領域國際大獎，成為中國大陸獲獎第一人，可以講一下這兩個獎項的背景嗎？獲獎是否代表著中國在生物制造領域已走在國際前列？

陳國強：我第一個獲得的是國際代謝工程獎，我們實驗室發(fā)展了一個嗜鹽菌為（生物）底盤的原創(chuàng)菌種。我們是第一個把嗜鹽菌用到大規(guī)模工業(yè)生產的實驗室，在整個國家層面來說都是非常重要的一個突破。嗜鹽菌帶來的好處就是整個發(fā)酵生產過程或生物制造過程，是低能耗的，而且水可以循環(huán)使用。低能耗、低耗水、常溫常壓，生產過程非常友好，更重要的是生產過程不會染菌，不會受環(huán)境中的任何微生物所干擾。

我們把它叫作下一代工業(yè)生物技術，可以進行連續(xù)的生產，所以帶來生物制造成本的大幅度下降。還有我們用嗜鹽菌為底盤開發(fā)了各種各樣的工程技術，這也是全世界到目前為止在極端微生物（領域）做到了最好的例子，而且也更重要的是實現了大規(guī)模的工業(yè)化制造。

第二個大獎是叫作國際生物聚合大會工業(yè)獎。這個獎主要是表彰我在一種生物材料叫作聚羥基脂肪酸酯（PHA）方面做出的，也是產業(yè)化的貢獻。在國際上做PHA材料基本上都是用兩個底盤，一個羅氏真氧菌，一個是大腸桿菌，已經進行了差不多快50年了，都是碰到同樣的問題：放大非常困難，大規(guī)模制造過程中經常會有染菌。用了嗜鹽菌底盤以后，生產PHA產品基本上就解決了過去碰到的染菌放大過程中的一些困難。

所以PHA產業(yè)在近幾年得到大力的發(fā)展，特別是嗜鹽菌底盤細胞，在國內已經應用于至少5個產業(yè)，5個公司在進行大規(guī)模生產，這也是對PHA材料走向我們的日常生活提供了很大的貢獻，所以獲得了大獎。不敢說我們國家在任何生物制造方面都是領先于世界的，但是在PHA生物制造我們是領先于世界的。

中國網：生物菌種是生物制造的“芯片”，中國具有自主知識產權的菌種是怎么樣的狀況？您發(fā)現嗜鹽菌是怎樣的過程呢？

陳國強：核心菌種是任何生物制造最關鍵的東西，確實就像我們手機上的芯片一樣，是最關鍵的一個部件。

在微生物發(fā)酵菌種這一塊，我們現在整個產業(yè)用的絕大部分的菌種都是傳統的國外首創(chuàng)的底盤。這里有很多知識產權，基本上都被國外那些大公司包括高校研究所壟斷。如果我們進行大規(guī)模的商業(yè)活動，有時候會碰到一些訴訟。所以我們認為要開發(fā)一些我們國家原創(chuàng)的菌種來繞過壁壘。除了知識產權之外，傳統的國外原創(chuàng)菌種，放大過程中都碰到一些困難，特別是在PHA行業(yè)里，在實驗室做都是非常完美的，但是在進行大規(guī)模生產過程中，因為很多的不確定的因素，包括氧氣的供應、pH的控制、原料補加的速率控制，還有微生物的代謝不平衡，造成了整個放大過程中碰到很多問題。

我在清華工作了30年，前10年我們用的是跟國外一樣的傳統菌種，碰到很多問題，就是放大過程中的不穩(wěn)定，還有放大過程中染菌。所以我們雖然做了很多努力，但是放大都不那么成功。

后來有一個偶然的機會，我們實驗室來了幾個從新疆過來的老師同學，他們告訴我說在新疆有一個特別極端的環(huán)境，叫作艾丁湖，高低溫不平衡，晚上可以零下20度，白天可以零上80度，鹽濃度達到200克每升，pH堿性。我們有一個新疆的老師，利用假期給我們采集了很多樣品過來，我們從樣品里頭分離到了一些嗜鹽菌，確實能夠有很高的活性。我們做了很多實驗，這種極端微生物，能夠適應各種各樣的環(huán)境，它可以幾乎在任何的變量下都快速生長，這就是我們工業(yè)方案當中所需要的，我們叫作皮實性。所以我們用皮實的嗜鹽菌做了很多工程開發(fā)工具的工作，把嗜鹽菌變成一個穩(wěn)定的底盤細胞，我們在這底盤細胞上可以構建很多代謝通路，可以制造出多種產品。在穩(wěn)定的體系上建立一個高強的、產品多樣的生物制造平臺。所以我們有了“下一代工業(yè)生物技術”，我認為是在補充我們國家原創(chuàng)菌種底盤上做了一個很重要的工作。

向未來 如何豐富原創(chuàng)菌種

中國網：生物菌種以及極端菌種目前從基礎研究到產業(yè)創(chuàng)新方面存在什么問題？明年就是“十五五”規(guī)劃的開端，您對生物菌種的發(fā)展有什么建議？

陳國強：我們國家原創(chuàng)的菌種，特別是用在生產當中的，少而又少。所以為了未來生物制造更好的發(fā)展，特別是向海外發(fā)展，我們需要很多的原創(chuàng)菌種來規(guī)避各種各樣專利方面的糾紛。

我們認為在自然界中存在的菌種被開發(fā)得很充分了，但唯一一個全世界用極端微生物進行生產的，也就清華大學開發(fā)出來，就是我們實驗室開發(fā)出來的嗜鹽菌。其他進行學術研究的還是有很多的，但是走到生產方面，目前就一個。

希望有更多的原創(chuàng)菌種能夠應用到我們的生物制造產業(yè)里，特別是在極端微生物方面，這是一個巨大的海洋，我們國家地理環(huán)境應該是全世界最多樣的，我們有極寒的、極熱的、極冷的，還有高原的，包括海洋，包括沙漠，這些都給我們提供了很好的發(fā)展極端微生物的環(huán)境。

在極端微生物方面，我們有很多嗜酸的、嗜堿的、嗜鹽的、嗜冷的，還有嗜熱的，以及能夠吃一氧化碳、二氧化碳、甲烷，還有產生甲烷的。我們有很多研究極端微生物的機構，有很多極端微生物資源的儲備，但是在做極端微生物分子生物學方面，人才還是非常缺乏的。

目前除了清華大學，還有中國科學院微生物所，很少有機構進行極端微生物分子生物學的研究。我認為極端微生物是一個寶庫，也是一個知識產權的海洋。

未來我們應該投入更多的資源，包括更多的人力，把極端微生物作為生產底盤這個牌打好，直到我們在原創(chuàng)微生物底盤細胞方面有更大的發(fā)言權，也補齊我們原創(chuàng)菌種缺乏這個短板，使得我們未來的生物制造能夠在海內外蓬勃發(fā)展。

科學家精神：熱愛與堅持

中國網：科學家精神是一切科研成果的基石，您認為發(fā)展中國的生物制造，應該具備怎樣的科學家精神？

陳國強：我覺得是全心全意投入到科學研究中，然后把自己的絕大部分的精力都投入到自己熱愛的科學研究中。還有另外一點是“堅持”，因為所有的研究都是一個非常痛苦的過程，也是一個充滿了失敗的過程。

有人說科學研究90%是失敗的，我自己覺得95%是失敗的。只有在你堆積了足夠的失敗以后，可能才能夠找到一個成功的發(fā)力點。所以科學家精神就是不怕失敗，認真投入地做好這件事情，然后不斷地堅持，最后有可能成功。當然失敗的可能性也很大，但是我覺得“堅持”是保證成功的最重要的一點，你堅持不一定成功，但不堅持一定是失敗的。

（本期策劃：楊柳春、王振紅；編審：楊柳春、王振紅、王虔；編輯：王虔、文彥杰、武一男。出品：《中國科學院院刊》、中國互聯網新聞中心）

結束語