將酵母細(xì)胞進(jìn)行基因工程改造，改變其代謝通路之后，放入百升級的發(fā)酵罐。經(jīng)過三五天的發(fā)酵周期，從發(fā)酵液中分離出目標(biāo)代謝產(chǎn)物，其產(chǎn)量可代替5萬畝青蒿種植的提取量。自2013年起，利用酵母商業(yè)化生產(chǎn)的青蒿素，正為發(fā)展中國家數(shù)以億萬計(jì)的瘧疾患者作出貢獻(xiàn)。
這是合成生物學(xué)早期最具代表性的案例?；蚓庉嫾夹g(shù)帶來了第三次生物學(xué)革命，被稱作“上帝的手術(shù)刀”，也是合成生物學(xué)最核心的工具。作為北京國際科技創(chuàng)新中心的重要組成部分，北京昌平區(qū)聚集的120余家合成生物制造企業(yè)正在將這把“手術(shù)刀”打磨得愈發(fā)鋒利，也將推動合成生物產(chǎn)業(yè)成為新質(zhì)生產(chǎn)力的關(guān)鍵引擎。
技術(shù)突破，為漫長選育與馴化進(jìn)程“抄近道”
專注于基因編輯生物育種賽道的北京齊禾生物科技有限公司（以下簡稱齊禾生物），是昌平區(qū)合成生物制造產(chǎn)業(yè)的代表企業(yè)之一。
“通過對基因的精準(zhǔn)調(diào)控和改變，大豆中的油酸含量從20%多提高到了80%以上?！饼R禾生物首席執(zhí)行官張蓓告訴記者，齊禾生物目前已實(shí)現(xiàn)對多種糧食及經(jīng)濟(jì)作物農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀的精準(zhǔn)改良，并在過去四年中獲得了五張植物基因編輯安全證書。
獲得國家農(nóng)業(yè)用基因編輯生物安全證書的高油酸大豆。新京報(bào)記者 田杰雄 攝
除了高油酸大豆，抗白粉病高產(chǎn)小麥、高產(chǎn)大豆、耐除草劑小麥及品質(zhì)改良水稻等新品種，也通過一系列具有全球自主知識產(chǎn)權(quán)的基因編輯核心技術(shù)體系得以實(shí)現(xiàn)。這也證明，曾經(jīng)需要耗費(fèi)數(shù)代光陰的篩選馴化，已經(jīng)不再是人類解鎖優(yōu)良品種遺傳潛能的唯一鑰匙。
“以小麥為例，它是六倍體，采用傳統(tǒng)育種技術(shù)，可能需要十幾、二十年的選育馴化，才能改變其基因中的6個(gè)位點(diǎn)，最終獲得抗病性狀。而通過我們的技術(shù)，目前只需要一代小麥的生長周期，也就是大約三個(gè)月，就能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。”張蓓解釋說。這得益于技術(shù)手段已能精準(zhǔn)識別改變特定基因所帶來的性狀變化。此時(shí)，基因編輯技術(shù)這把“手術(shù)刀”，便能有效聚合優(yōu)異的性狀資源，顯著加快育種進(jìn)程。
張蓓介紹，在昌平區(qū)發(fā)展合成生物制造的產(chǎn)業(yè)生態(tài)中，齊禾生物所專注的領(lǐng)域不僅僅在于育種技術(shù)，企業(yè)還為醫(yī)藥健康、合成生物、生物育種等多領(lǐng)域提供技術(shù)保障；同時(shí)，在產(chǎn)業(yè)協(xié)同方面利用自身優(yōu)勢進(jìn)行區(qū)內(nèi)聯(lián)動，創(chuàng)制出更多符合消費(fèi)市場需求的全新生物性狀產(chǎn)品、植物合成生物產(chǎn)品。
核心攻關(guān)，創(chuàng)新中心推動技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化
距離齊禾生物不遠(yuǎn)，在科創(chuàng)園的另一棟樓里，北京市合成生物制造技術(shù)創(chuàng)新中心于今年剛剛落成。該中心由昌平區(qū)政府與北京化工大學(xué)共同建設(shè)，是昌平合成生物產(chǎn)業(yè)的核心創(chuàng)新平臺之一，目前技術(shù)創(chuàng)新中心已有5個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)陸續(xù)入駐，圍繞生物制造產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、價(jià)值鏈開展全流程技術(shù)攻關(guān)。
今年3月，由北京化工大學(xué)發(fā)布的己二酸生物制造關(guān)鍵技術(shù)，入選了2025中關(guān)村論壇重大科技成果?！懊恳淮喂I(yè)的進(jìn)步都有新材料這個(gè)幕后英雄的支撐?！蓖醣笫潜本┦泻铣缮镏圃旒夹g(shù)創(chuàng)新中心的負(fù)責(zé)人，也是北京化工大學(xué)高新技術(shù)研究院副院長，他介紹，新材料產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，也是高技術(shù)競爭的關(guān)鍵領(lǐng)域。其中，由己二酸制備的尼龍材料與人們的生活息息相關(guān)，可以制備優(yōu)質(zhì)的工程塑料，用于航空航天、汽車高鐵等裝備的生產(chǎn)，也能制作沖鋒衣、速干服等服裝。傳統(tǒng)石化法生產(chǎn)1噸己二酸釋放3噸溫室氣體二氧化氮，原料不可再生、污染大、副產(chǎn)物多，像個(gè)“破壞大王”。而通過生物法制備己二酸，不僅原材料可以再生，生產(chǎn)過程也清潔高效，有助于產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型。
王斌向記者介紹合成生物產(chǎn)業(yè)。新京報(bào)記者 田杰雄 攝
“但現(xiàn)有生物技術(shù)效率低、產(chǎn)能低，而合成生物制造是以工業(yè)生物技術(shù)為核心的新型物質(zhì)制造技術(shù)，是引領(lǐng)‘第三次生物科學(xué)革命’的朝陽產(chǎn)業(yè)?！蓖醣笳f，合成生物制造能讓細(xì)胞變成“超級工廠”，按需求產(chǎn)出各種特定物質(zhì)。隨著新技術(shù)不斷成熟，從30毫升的發(fā)酵瓶擴(kuò)展至3升的發(fā)酵罐，今年有望搬進(jìn)足有1噸容量的中試大罐。這也意味著這一技術(shù)距實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化又近一步。
王斌說，創(chuàng)新中心包括生物催化劑設(shè)計(jì)、生物制造原料開發(fā)、生物制造過程強(qiáng)化、生物制造產(chǎn)品工程等四個(gè)中心，還有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及催化劑設(shè)計(jì)、分析測試、中試驗(yàn)證等三個(gè)平臺，重點(diǎn)突破合成生物核心關(guān)鍵技術(shù)，彌補(bǔ)產(chǎn)業(yè)鏈短板，構(gòu)筑合成生物制造研發(fā)機(jī)構(gòu)與企業(yè)的銜接紐帶，也將為解決技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的成本問題服務(wù)。
錨定未來，昌平已初步形成合成生物產(chǎn)業(yè)集群
“合成生物學(xué)是一個(gè)多學(xué)科融合的領(lǐng)域?！蔽磥砜茖W(xué)城管理委員會醫(yī)藥健康產(chǎn)業(yè)處副處長郭玉東介紹，一方面，它的許多核心依賴于基因編輯技術(shù)對生物元件的改造修飾；另一方面，在生產(chǎn)工程化環(huán)節(jié)，更依賴發(fā)酵工藝。未來產(chǎn)業(yè)化的過程中，更注重相關(guān)的制造工藝。
即便處處存在攻關(guān)，但在可以預(yù)見的未來，全球?qū)⒂?0%的產(chǎn)品可以用生物法生產(chǎn)，有望創(chuàng)造30萬億美元的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而到2030年，預(yù)計(jì)合成生物全球生產(chǎn)規(guī)模就將達(dá)到2萬億-4萬億美元。
生物環(huán)境也是合成生物學(xué)涉及的領(lǐng)域之一。新京報(bào)記者 田杰雄 攝
郭玉東說，其實(shí)當(dāng)前的合成生物學(xué)已與多個(gè)行業(yè)息息相關(guān)，應(yīng)用在生物醫(yī)藥、生物能源、農(nóng)業(yè)及食品、新材料等領(lǐng)域，是名副其實(shí)的未來產(chǎn)業(yè)。
近年來，昌平區(qū)高度重視合成生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，出臺了一系列政策措施為產(chǎn)業(yè)保駕護(hù)航。2023年11月，昌平區(qū)發(fā)布《昌平生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計(jì)劃》；2024年1月又發(fā)布《昌平支持合成生物制造產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干措施（試行）》，政策包含10個(gè)方面、32條舉措，突出全鏈條政策集成、產(chǎn)業(yè)共性需求和政策統(tǒng)籌聯(lián)動三大特點(diǎn)。
目前，昌平區(qū)已聚集120余家合成生物制造企業(yè)，2024年全區(qū)合成生物制造產(chǎn)業(yè)收入超60億元，固定資產(chǎn)投入項(xiàng)目17個(gè)，投資超43億元，已初步形成產(chǎn)業(yè)集群。
新京報(bào)記者 田杰雄
編輯 張磊 校對 李立軍
