为什么90%的生物制造很难成功？陈国强教授指出五大原因

8月28日，2024中国生物制造大会开幕，众多知名专家学者齐聚合肥。

会上，清华大学合成与系统生物学中心教授、主任陈国强发表了“极端微生物合成生物学—生物制造2.0”主题演讲。

陈教授在生物制造领域拥有近40年的研究经验，是全球顶尖合成生物学专家、代谢工程领域的领军型人物，获2023年度国际代谢工程奖，是首个获得该项荣誉的中国大陆地区学者。

他在演讲中提到，90%以上的生物制造止步于放大，90%以上的生物制造投资很难成功。

关于为什么许多生物制造止步于放大？陈教授总结了五点原因：

一是过长时间的培养

二是不稳定的微生物生产菌

三是放大过程中的菌污染

四是不稳定的生长过程

五是高密度发酵的氧气供应

本次演讲的主要内容，其实脱胎于陈国强团队不久前发表的一篇综述《基于极端微生物的生物制造》。

该论文指出，传统的生物制造基于模式微生物底盘细胞，如大肠杆菌等，这使得传统工业生物技术不得不掣肘于诸多难点及弊病。

包括 易污染、高淡水消耗、复杂及昂贵的灭菌流程、加工工艺不连续、扩大化难度高、产品质量不稳定不均衡、提纯净化难度高 等。

与之相比，下一代工业生物技术（NGIB）运用极端微生物作为新的底盘菌模块巧妙地化解和应对了传统工业生物技术面临的困境。

极端微生物 ，是指那些能够良好适应并适于生存在极端环境中的特殊微生物群体，因其生长环境的特殊性，可以被很好地利用于开放可调控的工业发酵，包括：

嗜盐菌：盐单胞菌 H.bluephagenesis TD01 可作为优质的微生物细胞工厂被用以生产PHA材料，同时也可以进行生产其他高附加值化合物，诸如赖氨酸、四氢嘧啶和 5-氨基乙酰丙酸等

图：利用盐单胞菌生产各类化合物

嗜热菌：一些从嗜热菌中分离得到的酶被用于工业中的高温酶制剂，部分经代谢工程改造的嗜热菌可用于生产乙醇、脂肪酸、正丁醇和异丁醇等

嗜酸菌：可以起到良好的生物修复作用，如对部分石油基污染物进行生物降解；同时也可作为天然的有机酸生产底盘，或被开发为工业底盘菌株

嗜碱菌：被应用于生物制造业以生产诸多化学品和生物燃料，如乙酸、乙醇、乳酸、氢气和甲烷等

近年来，随着合成生物学技术的不断发展，对极端微生物进行分子改造的工具日益完善，加速了将极端微生物应用于实际工业生产的进程。

以嗜盐盐单胞菌为例，作为目前广泛研究的极端微生物之一，通过对其进行优化改造，目前已成功实现千吨级PHA的发酵生产。

图：微构工厂年产千吨PHA智能示范线

不过，针对极端微生物的改造当前仍存在不少问题，如缺乏多种优秀的质粒载体、质粒转化效率低、缺乏高效基因编辑技术以及其他非嗜盐菌生长发酵周期较长等。

尽管如此，极端微生物仍拥有自然界大多数其他微生物所不具备的优势，充分利用这种优势，将推动下一代工业生物技术的发展与完善，实现绿色、环保、可持续的生物制造。

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