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通過(guò)基因改造酒釀酵母等細(xì)菌，利用發(fā)酵即可合成各類(lèi)原本需化學(xué)合成或從天然原料提取的化合物，這便是生物制造。華東理工大學(xué)教授魏東芝團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的角鯊烯制造新工藝，一改以往只能從鯊魚(yú)身上提取的傳統(tǒng)方式，通過(guò)“定制酶”與酵母菌改造，讓酵母“釀”出高純度角鯊烯，20噸發(fā)酵罐單次產(chǎn)能可替代3000頭鯊魚(yú)的提取量。該產(chǎn)品已獲國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)認(rèn)證，廣泛應(yīng)用于疫苗佐劑、醫(yī)藥、化妝品、保健品等領(lǐng)域。

魏東芝團(tuán)隊(duì)攻克的這道生物制造難題，只是其“多酶協(xié)同催化體系及生物基產(chǎn)品綠色制造技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目在20余年發(fā)展中解決的諸多挑戰(zhàn)之一。目前，由項(xiàng)目發(fā)展而來(lái)的“多酶協(xié)同催化體系”已實(shí)現(xiàn)20余種醫(yī)藥、化工等產(chǎn)品原料的生物制造，堪稱(chēng)生物基產(chǎn)品制造的“工具箱”。近日，2025年度中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)揭曉，該項(xiàng)目獲科技進(jìn)步獎(jiǎng)（含基礎(chǔ)研究類(lèi)）特等獎(jiǎng)。

深耕底層，攻堅(jiān)技術(shù)壁壘

對(duì)底層技術(shù)的執(zhí)著，是這個(gè)“工具箱”能解決多項(xiàng)生物制造問(wèn)題的關(guān)鍵。在微生物世界中，酶就像一把精密的“鑰匙”，能開(kāi)啟各類(lèi)催化反應(yīng)通道，是生物制造的關(guān)鍵之一。然而，一個(gè)反應(yīng)常常需要多種酶混合作用，且常會(huì)遇上流程斷裂、效率低下等問(wèn)題。

“如果把通過(guò)酶進(jìn)行的反應(yīng)比作搭積木，那么，簡(jiǎn)單混合后，這些‘積木’搭到一起的效率很低。但我們對(duì)酶進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)，好比在積木上設(shè)置了能讓它們搭到一起的卡扣，這樣反應(yīng)就更容易了。”魏東芝介紹，沿著這種“酶工程”的思路，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的多酶級(jí)聯(lián)生物催化技術(shù)使得多種不同的酶能夠“步調(diào)一致”地高效協(xié)同工作。

更具挑戰(zhàn)性的是長(zhǎng)期堅(jiān)持同一研究方向、持續(xù)開(kāi)展攻關(guān)探索。“二十多年來(lái)，我們團(tuán)隊(duì)始終專(zhuān)注特定的研究方向，‘不為潮流所動(dòng)’?！蔽簴|芝說(shuō)，“只有鉆研和擁有自己獨(dú)特的底層技術(shù)，才可能把一項(xiàng)工作做到極致。”

在角鯊烯制造工藝研發(fā)中發(fā)揮重要作用的多細(xì)胞器工程改造技術(shù)便是長(zhǎng)期深耕同一研究方向的成果?！凹?xì)胞跟人體一樣，也有各種‘器官’——細(xì)胞器。把反應(yīng)放在一個(gè)細(xì)胞器中進(jìn)行，空間更緊湊，效率也更高。”魏東芝說(shuō)，角鯊烯是該項(xiàng)技術(shù)協(xié)助實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)重要化合物，但即便短期內(nèi)沒(méi)有重大項(xiàng)目的實(shí)際需求，團(tuán)隊(duì)仍會(huì)錨定該技術(shù)方向，開(kāi)展系統(tǒng)性研發(fā)工作。這份堅(jiān)守最終獲得了豐厚回報(bào)：從角鯊烯的成功量產(chǎn)開(kāi)始，該項(xiàng)技術(shù)開(kāi)辟了數(shù)萬(wàn)種同類(lèi)精細(xì)化學(xué)品生物制造的途徑?！暗讓蛹夹g(shù)是通用的。萬(wàn)變不離其宗。”魏東芝說(shuō)。

此外，團(tuán)隊(duì)還攻克了從海量基因中高效篩選目標(biāo)酶的工業(yè)酶快速精準(zhǔn)定制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低成本、無(wú)抗生素添加、培養(yǎng)基100%國(guó)產(chǎn)化的發(fā)酵技術(shù)，并構(gòu)建起擁有萬(wàn)余種自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)酶的龐大酶庫(kù)……在一項(xiàng)又一項(xiàng)底層技術(shù)的托舉下，魏東芝團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的“多酶協(xié)同催化體系”成為一條“專(zhuān)業(yè)后廚流水線(xiàn)”。它以玉米、秸稈等可再生生物質(zhì)為“食材”，多種功能各異的酶為“廚師”，在常溫常壓下一步完成原料拆解、轉(zhuǎn)化、成型的全流程，綠色而高效地端出一道又一道化合物“菜品”。

面向產(chǎn)業(yè)，引領(lǐng)標(biāo)準(zhǔn)革新

在魏東芝擔(dān)任所長(zhǎng)的魯華生物技術(shù)研究所一樓，幾位學(xué)生正在幾間前后連通的實(shí)驗(yàn)室里，觀察反應(yīng)器中的產(chǎn)物與儀器上的讀數(shù)。在實(shí)驗(yàn)室的盡頭，是一套大小約為半個(gè)房間的發(fā)酵罐系統(tǒng)，其容量為300升，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與工業(yè)中的噸級(jí)發(fā)酵罐基本一致。這是研究所成立時(shí)魏東芝特地設(shè)計(jì)的一條完整的迷你生物制造“生產(chǎn)線(xiàn)”，其目標(biāo)是系統(tǒng)解決從實(shí)驗(yàn)室搖瓶到百?lài)嵓?jí)發(fā)酵罐的傳遞、控制與優(yōu)化等關(guān)鍵難題，實(shí)現(xiàn)技術(shù)成果向產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)力的高效轉(zhuǎn)化。

魏東芝團(tuán)隊(duì)從成立起，生產(chǎn)端的實(shí)際問(wèn)題便被納入其研究體系框架之中。

例如，團(tuán)隊(duì)在研發(fā)農(nóng)藥“L-草銨膦除草劑”的生物合成工藝時(shí)，雖然已經(jīng)成功生成了目標(biāo)產(chǎn)物，但它卻和保持酶活性的“緩沖液”混雜在一起。分離純化目標(biāo)產(chǎn)物的過(guò)程非常復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的成本很高。

“從生產(chǎn)的角度出發(fā)，我們當(dāng)時(shí)大膽設(shè)想，雖然‘酶必須在緩沖液里才有活性’是教科書(shū)上的概念，但為了簡(jiǎn)化這個(gè)反應(yīng)體系，能不能讓它在純水里面依然有活性呢？”

這一思路創(chuàng)新，造就了關(guān)鍵性突破。全球首條年產(chǎn)萬(wàn)噸L-草銨膦除草劑生物合成生產(chǎn)線(xiàn)投產(chǎn)，打破國(guó)外技術(shù)壟斷。生產(chǎn)線(xiàn)的原料利用率近100%，幾乎無(wú)廢水排放，與傳統(tǒng)同類(lèi)化工品生產(chǎn)線(xiàn)相比，其占地面積、總投資額及建設(shè)周期僅為十分之一。

“當(dāng)前，這項(xiàng)成果已經(jīng)寫(xiě)進(jìn)了新的教科書(shū)?！蔽簴|芝說(shuō)。

團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持以產(chǎn)業(yè)需求牽引科研創(chuàng)新，已累計(jì)推動(dòng)100多項(xiàng)科技成果產(chǎn)業(yè)化，賦能近300家企業(yè)，近三年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值超1500億元。醫(yī)藥級(jí)角鯊烯的從頭合成與規(guī)?；I(yè)量產(chǎn)，百萬(wàn)噸級(jí)檸檬酸生產(chǎn)線(xiàn)原料利用率近100%……“科研成果的價(jià)值，絕不應(yīng)僅僅以論文和專(zhuān)利的數(shù)量來(lái)衡量?！蔽簴|芝經(jīng)常這樣跟團(tuán)隊(duì)師生說(shuō)。目前，團(tuán)隊(duì)正推動(dòng)綠色生物技術(shù)的系統(tǒng)化、規(guī)?；瘧?yīng)用，為我國(guó)建設(shè)“生物制造強(qiáng)國(guó)”貢獻(xiàn)力量。