一场与菌株“斗脾气”的慢跑

中青报·中青网记者 王一迪 王烨捷

在华东理工大学鲁华生物技术研究所的实验室里，魏东芝教授团队成员丁永合已经记不清这是第几次守在发酵罐前采集菌株参数了。参与“角鲨烯”合成项目的3年间，他经历了太多“意外”——菌株生长缓慢、产量波动、发酵周期长……“做实验就是这样，菌株绝不会按照你的预期和‘参数’生长。”丁永合说，在大多数情况下，“无常”才是正常。需要不断试错，慢慢摸索菌株的“脾气”。

这样的状况正是生物制造实验室里的常态。然而，正是通过这种反复摸索和调整，魏东芝团队最终将“角鲨烯”的发酵周期从最初的10天逐步缩短到7天，再到5天。“这不是一蹴而就的突破，而是通过无数次的失败和调整，慢慢积累的进步。”丁永合说。

近日，魏东芝教授领衔的“多酶协同催化体系及生物基产品绿色制造技术创新与产业化”项目获得2025年度中国石油和化学工业联合会科技进步特等奖。“角鲨烯”合成就是这项技术创新的代表之一。这份荣誉背后，是一段关于20年坚持与创新的旅程。

魏东芝（右一）和团队成员进行实验研讨。中青报·中青网记者王一迪/摄

角鲨烯，这种广泛应用于疫苗佐剂、医药和化妆品的高价值化合物，传统提取方式极其残酷——每吨产品需要宰杀3000头大鲨鱼。不仅成本高昂，还面临资源枯竭等风险。

魏东芝说，技术突破的关键在于“多酶协同催化”。在微生物世界中，酶就像一把精密的“钥匙”，能开启各类催化反应通道。魏东芝团队创新构建的“多酶协同催化体系”，恰似高端餐厅的专业后厨流水线，它以玉米、秸秆等为“食材”，多种功能各异的酶为“厨师”，在常温常压的温和环境中无缝协作，一步完成原料拆解、转化、成型的全流程。

相较于传统化学合成的高能耗、高污染，以及单一酶催化的流程断裂、效率低等问题，该技术实现了反应条件温和化、生产流程短程化、环境影响最小化的三重突破，让工业生产如自然代谢般高效洁净。

然而，这条创新之路并非一帆风顺。丁永合回忆道，最初菌株发酵周期长达10天，且产量极不稳定。“最磨人的是每天定时取样检测，需要严格按照操作流程和规范全副武装进行操作，如果不慎对菌株造成污染则要从头再来，不仅会造成时间和运行成本的浪费，还会给后续发酵罐清理带来很大麻烦。”

转折点出现在团队提出“多细胞器工程改造”策略。通过基因编辑技术，他们让不同的酶在细胞器内“自组装”，魏东芝解释说：“就像搭积木，每个积木都有特定的卡扣，酶与酶之间通过蛋白相互作用精准对接，形成高效的微型反应通道。”

这一创新使催化效率大幅提升。2023年，团队成功实现角鲨烯的规模化量产，并获得美国食品药品监督管理局和中国国家药品监督管理局药品审评中心认证，成为全球唯一医药级角鲨烯微生物合成产品。

“当看到第一批产品下线时，我们团队所有人都激动不已。”魏东芝说。如今，角鲨烯的成功量产已经打通了数万种萜烯类精细化学品生物制造的路径，为整个行业发展注入了强劲动能。

在鲁华生物技术研究所的实验室里，硕士研究生余鹏正在同时进行菌种筛选和发酵优化实验。从食品工程跨专业到生物化工专业的他，对这里的跨学科和上中下游一体化的科研模式感受颇深。

“在这里，我可以参与从基因编辑到产物分离的全过程。”余鹏说，“这种上中下游一体化的模式，让我对科研有了全新的认识。我们不仅要考虑实验室里的产量，还要考虑产业化的生产成本和可行性。这种全链条思维是传统课题组不具备的。”

鲁华生物技术研究所的特色在于打破了传统科研的“孤岛”现象。魏东芝早在20多年前建所之初就提出：“论文只是我们的‘副产品’，真正的目标是为产业解决问题。”这种不为潮流所动的坚持，使得团队在成立之初就开始践行“有组织科研”的理念。

“搞科研要经得起各种‘潮流’干扰，切忌跟风。”魏东芝说。早在20世纪90年代，他开展生物化工方向的研究，提出了构建贯通微观与宏观的“平台化”技术体系。之后，他带领团队在生物制造领域深耕20多年，打造了“酶工程与生物催化”“细胞工厂与生物合成”和“生物过程强化与集成”三大技术平台，通过有组织科研系统贯通了生物基产品“研产用”体系。在这个体系中，每个研究人员都明白：仅有自己的一环谈不上突破，只有上下游串联才能成就真正的创新。

丁永合对此深有感触：“从摇瓶到5升罐，再到300升罐，每个环节都有专人负责但又紧密协作。当我在发酵优化中遇到问题时，可以直接向做酶改造的同事请教，也经常和工厂的技术人员沟通培养参数等，这种即时协作解决了许多产业化过程中的难题。”

随着《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》将生物制造列入重点领域关键核心技术攻关，团队又开始新的征程。魏东芝认为未来五年将是中国从生物制造大国迈向强国的关键期。他说：“经过数十年的沉淀和积累，生物制造作为绿色低碳产业的重要组成，将在‘十五五’期间迎来爆发式发展，而核心技术平台的突破正是支撑这一发展的关键。”

来源：中国青年报客户端