原标题：生物制造：生命驱动的未来工厂（科普学术对话） 网友：最近，生物制造成了一个热词。我想知道什么是生物制造？它如何改变我们的生活？ “活工厂”开辟制造业新路径 当人们想到“制造业”时，通常会想到钢铁工厂，机器轰鸣，机械臂翩翩起舞。然而，还有一种完全不同类型的“制造”，那就是“活工厂”——它就是生物制造。 所谓生物制造，就是利用微生物、动物或植物细胞等生命单位，通过设计、修改和控制其代谢途径，生产人们想要的物质。简而言之，生物制造正在发生，生命可以“做事”。 例如，传统的发酵技术让酵母酿酒，但利用现代生物制造技术，科学家可以让它生产药物分子、香料、塑料甚至燃料。可以说，生物制造是传统发酵工业与合成生物学的结合。不再依赖石油、煤炭等。 生物制造之所以被称为未来产业，是因为它不是传统产业的延伸，而是开辟了另一条生命动力制造之路。这条路有什么重要的呢？ 首先，生物制造是助力实现“双碳”目标的关键技术起点。传统制造基于石油和煤炭等化石资源，而生物制造则使用糖、淀粉和二氧化碳等可再生资源。微生物在生物反应器中“吃掉”这些原材料并测量高价值产品，实现“与生物质的化学交换”和“用碳的碳护理”。 其次，生物制造原材料更广泛、工艺更绿色、制造更智能。生物制造取代普通技术将流程融入生命的智慧，让工厂更像“生态系统”，让制造过程更加高效、智能。例如，二氧化碳可以转化为燃料和化学品；农作物秸秆可以“吃掉”有害塑料；细菌可以生产药物、香料和纤维。 更重要的是，借助人工智能和合成生物学，科学家可以“编程生命”：像编写代码一样设计微生物的基因，使其根据人类的需要产生特定的分子。这种“可编程制造”让生物制造释放出更大的潜力。 据有关组织预测，到2050年，全球约60%的工业产品可通过生物制造生产。未来生物制造产生的经济价值可能超过30万亿美元。 我国正在加快生物制造产业布局。 2024年《政府就业报告》提出积极打造生物制造等新的增长引擎； “十五五”规划建议“前向布局未来产业”，稳定激发生物制造等新的经济增长点。如今，我国在发酵产能、产业规模、工程经验等方面都具有领先优势，有望在未来产业发展中占据重要地位。 生物制造改变传统生产逻辑 如果说工业革命让机器取代了体力劳动，那么生物制造就意味着生命取代了机器。诞生的材料正在融入我们生活的方方面面，悄然改变着工作的逻辑。 在实验室“种植”肉类和在发酵罐中“制造”蛋白质听起来像是科幻小说，但它已经成为现实。通过细胞培养和微生物发酵技术，生产出与真肉口感和营养相似的“细胞肉”兴格肉无需繁殖即可种植。这种生产方式不仅节约了资源，还大幅减少了甲烷排放，为粮食安全和生态平衡提供了新的解决方案。此外，微生物蛋白、合成乳制品、植物性食品等新食品成分也被摆上餐桌。 时尚产业是碳排放大户，生物生产为“绿色时尚”提供了可能。科学家让细菌“吐出”丝蛋白，产生柔软、可穿戴的生物丝；藻类和真菌可以合成致命纤维来替代聚酯和尼龙等石化纺织品。一些品牌正在尝试使用菌丝体皮革来制作这些包袋和鞋子。这种“会呼吸的皮革”不需要使用动物毛皮，自然可以泄气。 在建筑领域，科学家们正在利用“生物砖”技术，将真菌菌丝和矿物颗粒结合起来，形成坚硬、轻质的砖块ks。砖块具有自我修复能力，并在暴露于湿气时吸收二氧化碳。借助生物基涂料和生物粘合剂，未来的建筑可以成为既环保又安全的“绿色生物”。 未来，汽车和飞机可能会使用“二氧化碳燃料”。一些特殊的细菌菌株可以“吃掉”二氧化碳并“吐出”乙醇或航空燃料。目前，我国已实现生物基航空燃料商业飞行。此外，生物制造还可以制造高性能润滑油、橡胶轮胎等材料，让交通变得绿色。 在医学领域，生物制造正在重塑药物的制造方式。过去需要数百个步骤才能合成的药物分子现在可以通过微生物在几天内完成。更先进的合成生物学还可能让细胞生产个性化药物，如CAR-T细胞疗法、基因编辑药物、重组蛋白药物等，使得治疗更加精准高效。未来，医生可以直接在医院“打印”药物、组织和器官，提供个性化医疗。 打造自主可控技术基础是难题 挑战一：增强底层能力，创新体系亟待突破。生物制造的重点是“设计生命”，需要强大的底层能力：基因编辑工具、菌种设计算法、酶工程技术、代谢途径数据库等，但这些都是目前我国比较薄弱的环节。主要菌株通常依赖于国外来源；碱性酶和生物反应器的部分零部件仍需进口；工业级生物信息数据库尚未完全建立。要实现真正的“生活智能制造”，必须攻克这些基础问题，必须建立自主可控的技术基础。 挑战2：科研成果产业化存在困难。许多生物制造技术在实验室已经成熟，但在产业化过程中却停留在中试阶段。生物反应的过程非常复杂。这些菌株在小型实验中很活跃，但在大型发酵罐中却“出击”。控制控制、稳定性、安全性等也是经常面临的问题。目前，我国正在快速发展国家级验证试点平台，促进科研与产业对接。未来，这些平台将成为生物制造从“论文”到“产品”的桥梁，让更多的科研成果走向市场。 挑战三：政策和标准体系需要不断探索。新技术进入我们的生活，离不开制度的保障。目前，低碳认证、生物安全评估、市场准入等生物基产品的机制仍需完善。如何量化生物制造产品的碳减排贡献？如何评估合成微生物的环境风险？这就需要建立统一的标准。 “人工智能+”、“碳循环创造”、“跨界融合”是趋势 趋势一：“人工智能+生物制造”——让“设计生活”像写代码一样。人工智能正在成为生物制造的新引擎。通过机器学习，人工智能可以帮助科学家预测基因突变的影响，优化代谢途径，快速筛选高产菌株。过去改善一种菌株需要数年时间，但人工智能可以将时间缩短至几周。 趋势二：碳循环制造——从“碳消耗”走向“碳循环”。利用二氧化碳的“碳捕获+生物转化”技术作为原材料取得了重大突破。未来，越来越多的工厂不仅会排放二氧化碳，还会“吃碳制品、吐口水”。这意味着制造业可以从“碳消耗”走向“碳循环”。 趋势三：跨界融合——从单一技术到生态网络。未来的生物制造将不再是单一的技术，而是一个融合多学科的生态网络：生物学与医学材料的融合将催生新的生物材料；生物科技与能源产业结合，开发绿色燃料系统；生物制造与智能制造的结合，将催生自动化、数字化、可编程的“活工厂”。 （作者为中国工程院院士、北京化工大学校长）