全球生物制造產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵平臺(tái)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀分析與思考
中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門(mén)戶(hù)網(wǎng)訊 生物制造是一種利用微生物、植物和動(dòng)物細(xì)胞來(lái)生產(chǎn)化學(xué)品、材料和能源產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)。它減少了對(duì)不可再生資源的依賴(lài),并顯著降低了環(huán)境污染和溫室氣體排放。生物制造產(chǎn)業(yè)作為推動(dòng)未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵力量,正迅速崛起。近年來(lái),生物基化學(xué)品市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)化學(xué)品,生物燃料和生物塑料等新興產(chǎn)品的市場(chǎng)份額也在不斷擴(kuò)大。通過(guò)基因編輯、合成生物學(xué)和大數(shù)據(jù)分析等前沿技術(shù)的支持,生物制造產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)效率和產(chǎn)量上取得了突破性進(jìn)展,其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力得到了顯著提升。
生物制造產(chǎn)業(yè)作為國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn),受到全球各國(guó)政府的高度重視。美國(guó)制定了《美國(guó)生物技術(shù)和生物制造的遠(yuǎn)大目標(biāo)》,強(qiáng)調(diào)促進(jìn)生物技術(shù)創(chuàng)新和提升生物制造能力。英國(guó)制定了《工程生物學(xué)的國(guó)家愿景》,為合成生物制造產(chǎn)業(yè)設(shè)定了十年戰(zhàn)略計(jì)劃。與此同時(shí),歐洲各國(guó)紛紛建立生物制造技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)和中試基地,以推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展。我國(guó)《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》明確指出要加快發(fā)展生物技術(shù)和生物產(chǎn)業(yè),2023年底召開(kāi)的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議更是將生物制造確立為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),顯示出我國(guó)對(duì)這一領(lǐng)域的高度重視和支持。
然而,生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨多重挑戰(zhàn)。技術(shù)研發(fā)的“斷橋”現(xiàn)象,即科研成果難以從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)應(yīng)用;產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的“死亡谷”,即在中試和量產(chǎn)階段失敗率高,阻礙了創(chuàng)新技術(shù)的商業(yè)化;“達(dá)爾文死?!碧魬?zhàn),即企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中因策略失誤而面臨被淘汰的風(fēng)險(xiǎn)。為幫助生物制造技術(shù)和產(chǎn)品成功跨越這三大關(guān)鍵障礙并進(jìn)入市場(chǎng),政府、學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界需合作建立平臺(tái)設(shè)施,提供相關(guān)支持。技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)通過(guò)提供先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)支持,幫助企業(yè)跨越“斷橋”,將實(shí)驗(yàn)室成果轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)應(yīng)用的可行技術(shù);中試放大平臺(tái)在研發(fā)到量產(chǎn)的過(guò)渡階段提供必要設(shè)施,降低“死亡谷”失敗風(fēng)險(xiǎn),促進(jìn)規(guī)?;a(chǎn);產(chǎn)業(yè)孵化平臺(tái)則為新興企業(yè)提供資源支持,幫助其應(yīng)對(duì)“達(dá)爾文死海”挑戰(zhàn),增加市場(chǎng)生存機(jī)會(huì)。
本文深入分析了全球生物制造產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵平臺(tái)設(shè)施的發(fā)展?fàn)顩r,重點(diǎn)考察了技術(shù)創(chuàng)新、中試放大和產(chǎn)業(yè)孵化3類(lèi)具有代表性的平臺(tái)設(shè)施,分析這些平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀和成功經(jīng)驗(yàn),以期為我國(guó)生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供寶貴的借鑒。
技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)
技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)致力于將實(shí)驗(yàn)室技術(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。這些平臺(tái)通過(guò)提供專(zhuān)業(yè)設(shè)備和技術(shù)支持,助力企業(yè)將研究成果轉(zhuǎn)化為可行的技術(shù)方案。平臺(tái)的服務(wù)覆蓋從原料到產(chǎn)品的全過(guò)程,確保生產(chǎn)鏈各環(huán)節(jié)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)縮短技術(shù)開(kāi)發(fā)周期和加快商業(yè)化進(jìn)程,這些平臺(tái)有力地推動(dòng)了行業(yè)的進(jìn)步。全球具有代表性的生物制造技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)包括美國(guó)敏捷生物工廠(chǎng)(Agile BioFoundry,ABF)、英國(guó)過(guò)程創(chuàng)新研究中心(The Centre for Process Innovation,CPI)、德國(guó)弗勞恩霍夫化學(xué)-生物技術(shù)過(guò)程中心(Fraunhofer Center for Chemical-Biotechnological Processes),以及丹麥諾和諾德基金會(huì)生物可持續(xù)發(fā)展中心(The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability,DTU Biosustain)等(表1)。

美國(guó)敏捷生物工廠(chǎng)(ABF)。ABF是由美國(guó)7家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室組成的聯(lián)合體,包括勞倫斯伯克利、桑迪亞、太平洋西北、國(guó)家可再生能源、阿貢、洛斯阿拉莫斯和橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室,每年從美國(guó)能源部生物能源技術(shù)辦公室獲得2 000萬(wàn)美元的資助。ABF建立了一個(gè)面向私營(yíng)和公共部門(mén)的分布式生物制造平臺(tái),通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作推動(dòng)創(chuàng)新,其下屬的國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)擁有集成9 000升規(guī)模生物反應(yīng)器的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化示范工廠(chǎng)(Biochemical Conversion Pilot Plant)。2023年,NREL投入近2 000萬(wàn)美元對(duì)其綜合生物精煉研究設(shè)施(Integrated Biorefinery Research Facility,IBRF)進(jìn)行設(shè)備更新,以擴(kuò)大原料范圍、產(chǎn)品種類(lèi)和生產(chǎn)規(guī)模。ABF為創(chuàng)新項(xiàng)目提供2類(lèi)資金支持:種子資金(50萬(wàn)美元,2年)和全額資助(200萬(wàn)美元,3年)。ABF還積極開(kāi)展研究合作促進(jìn)行業(yè)發(fā)展,例如,與華盛頓大學(xué)合作開(kāi)發(fā)人工智能(AI)平臺(tái)預(yù)測(cè)生產(chǎn)工藝;與Pow. Bio合作優(yōu)化脂肪醇生產(chǎn)工藝。
英國(guó)過(guò)程創(chuàng)新研究中心(CPI)。CPI提供全面的生物制造基礎(chǔ)設(shè)施,規(guī)模從300升到75 000升不等,專(zhuān)注于支持中小企業(yè)和行業(yè)合作。位于雷德卡威爾頓的國(guó)家工業(yè)生物技術(shù)設(shè)施(National Industrial Biotechnology Facility)致力于開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的生物制造工藝,以降低商業(yè)化風(fēng)險(xiǎn);位于達(dá)靈頓的國(guó)家生物制劑制造中心(National Biologics Manufacturing Centre)配備了200升的微生物和哺乳動(dòng)物細(xì)胞平臺(tái),以及13個(gè)生物安全1級(jí)(Biosafety Level 1,BSL-1)和2級(jí)(BSL-2)實(shí)驗(yàn)室,全面支持從研究到商業(yè)化的轉(zhuǎn)化;2023年新建的RNA卓越中心(RNA Centre of Excellence)是英國(guó)唯一能夠生產(chǎn)脂質(zhì)納米顆粒包裹RNA疫苗的良好生產(chǎn)規(guī)范(GMP)設(shè)施,年產(chǎn)能可達(dá)1億劑疫苗,為制藥公司提供臨床試驗(yàn)支持。
德國(guó)弗勞恩霍夫化學(xué)-生物技術(shù)過(guò)程中心。該中心是弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)(Fraunhofer Gesellschaft)下屬的重要研究機(jī)構(gòu),專(zhuān)注于化學(xué)和生物技術(shù)研發(fā)。該中心獲得德國(guó)政府、歐盟項(xiàng)目和工業(yè)界的多方資金支持,通過(guò)跨學(xué)科合作推動(dòng)生物制造技術(shù)發(fā)展,重點(diǎn)關(guān)注生物資源利用、可持續(xù)化學(xué)品和能源生產(chǎn)。2024年6月,該中心參與完成了BioSPRINT項(xiàng)目,實(shí)現(xiàn)硬木生物質(zhì)向生物基聚合物的全流程轉(zhuǎn)化。該項(xiàng)目匯集了8個(gè)歐洲國(guó)家的13家機(jī)構(gòu),展現(xiàn)了歐洲在非糧生物質(zhì)利用領(lǐng)域的協(xié)同創(chuàng)新能力。
丹麥諾和諾德基金會(huì)生物可持續(xù)發(fā)展中心。該中心在諾和諾德基金會(huì)的資助下,專(zhuān)注于細(xì)胞工廠(chǎng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。該中心于2020年建立了可持續(xù)生物制造工廠(chǎng)(Biosustain Biofoundry),該工廠(chǎng)基于2011—2019年積累的DBTL工作流程,結(jié)合信息科學(xué)和數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù),致力于開(kāi)發(fā)基因組工具和建設(shè)工業(yè)級(jí)微生物細(xì)胞工廠(chǎng)。該工廠(chǎng)已開(kāi)發(fā)多項(xiàng)實(shí)用工具,包括基因缺失預(yù)測(cè)和蛋白質(zhì)組分析軟件,并配備完整的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。目前,工廠(chǎng)的重點(diǎn)項(xiàng)目涵蓋環(huán)保染料、燃料,以及碳捕獲、利用與封存等領(lǐng)域。
技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)是生物制造產(chǎn)業(yè)鏈的基石,直接提供關(guān)鍵的技術(shù)支持和人才儲(chǔ)備。一個(gè)成功的技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)必須實(shí)現(xiàn)3項(xiàng)核心功能:工藝創(chuàng)新——通過(guò)研發(fā)高效的發(fā)酵技術(shù)、分離純化方法和智能控制系統(tǒng),直接提升生產(chǎn)效率并降低運(yùn)營(yíng)成本;人才儲(chǔ)備——通過(guò)建立校企合作機(jī)制和實(shí)用的培訓(xùn)體系,培養(yǎng)復(fù)合型專(zhuān)業(yè)人才;產(chǎn)學(xué)研聯(lián)動(dòng)——通過(guò)建設(shè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,加快科研成果的轉(zhuǎn)化和技術(shù)交流。平臺(tái)通過(guò)這些具體措施,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展,為生物制造產(chǎn)業(yè)奠定可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。
中試放大平臺(tái)
中試放大平臺(tái)在生物制造產(chǎn)業(yè)中扮演著關(guān)鍵角色,主要負(fù)責(zé)工藝驗(yàn)證和規(guī)?;a(chǎn)。根據(jù)運(yùn)營(yíng)模式,中試放大平臺(tái)主要分為企業(yè)主導(dǎo)的盈利性平臺(tái)和政府或科研機(jī)構(gòu)主導(dǎo)的公益性平臺(tái)。這些平臺(tái)通過(guò)提供基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)支持,助力企業(yè)克服從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)壁壘。通過(guò)整合專(zhuān)家資源,平臺(tái)能夠解決生物制造過(guò)程中的具體難題,確保生產(chǎn)工藝順利產(chǎn)業(yè)化并保持質(zhì)量穩(wěn)定。全球具有代表性的中試放大平臺(tái)包括美國(guó)生物工業(yè)制造和設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)(BioMADE)、歐盟Pilots4U、歐洲生物基地中試工廠(chǎng)(Bio Base Europe Pilot Plant,BBEPP),以及英國(guó)生物試點(diǎn)項(xiàng)目(BioPilots UK)等(表2)。

美國(guó)生物工業(yè)制造和設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)(BioMADE)。BioMADE是美國(guó)國(guó)防部資助、美國(guó)制造業(yè)研究所管理的生物制造基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。BioMADE旨在美國(guó)全國(guó)范圍內(nèi)建立12—15個(gè)生物制造試點(diǎn)的設(shè)施網(wǎng)絡(luò),為企業(yè)提供關(guān)鍵服務(wù),構(gòu)建完整的生物制造生態(tài)系統(tǒng)。2023年,首個(gè)生物制造創(chuàng)新設(shè)施在美國(guó)明尼蘇達(dá)州啟動(dòng),包含先進(jìn)的生物工業(yè)制造中試工廠(chǎng)。截至2024年,BioMADE已將建設(shè)計(jì)劃擴(kuò)展至加利福尼亞(California)、佐治亞(Georgia)、夏威夷(Hawaii)、印第安納(Indiana)、艾奧瓦(Iowa)和北卡羅來(lái)納(North Carolina)6個(gè)州。這些設(shè)施將幫助企業(yè)在本土實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到商業(yè)規(guī)模的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。BioMADE設(shè)立了金牌、銀牌和銅牌會(huì)員制度,面向?qū)W術(shù)機(jī)構(gòu)、企業(yè)和非營(yíng)利組織提供分級(jí)服務(wù),并通過(guò)嚴(yán)格的評(píng)審和里程碑考核選擇資助項(xiàng)目。此外,該機(jī)構(gòu)還設(shè)立了專(zhuān)門(mén)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)委員會(huì)以保護(hù)各方權(quán)益。
歐盟Pilots4U。歐洲在生物制造產(chǎn)業(yè)化方面處于領(lǐng)先地位,擁有豐富的示范和中試設(shè)施資源。歐盟委員會(huì)通過(guò)“地平線(xiàn)2020”(Horizon 2020)計(jì)劃資助的Pilots4U項(xiàng)目,建立了一個(gè)覆蓋全歐洲的中試設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù),提供詳細(xì)的設(shè)施信息和聯(lián)系方式,以方便企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)快速找到合適的測(cè)試設(shè)施。數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋了14個(gè)國(guó)家86個(gè)組織的262個(gè)資產(chǎn)條目,并在不斷擴(kuò)展。該項(xiàng)目還配備了在線(xiàn)匹配系統(tǒng),直接對(duì)接設(shè)施提供方和用戶(hù),并通過(guò)定期維護(hù)確保信息的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。此外,Pilots4U的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)提供專(zhuān)業(yè)咨詢(xún),協(xié)助用戶(hù)進(jìn)行試驗(yàn)規(guī)劃和預(yù)算編制。2024年,COPILOT項(xiàng)目接管了Pilots4U數(shù)據(jù)庫(kù),將更新和擴(kuò)展現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)并開(kāi)發(fā)新功能。
歐洲生物基地中試工廠(chǎng)(BBEPP)。BBEPP是一家位于比利時(shí)根特的非盈利機(jī)構(gòu),專(zhuān)注于將生物基產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模轉(zhuǎn)化為工業(yè)規(guī)模。該機(jī)構(gòu)由歐盟、比利時(shí)和荷蘭政府聯(lián)合資助,并通過(guò)提供服務(wù)和參與研究項(xiàng)目獲得額外資金。作為SmartPilots計(jì)劃的成員,BBEPP與其他歐洲設(shè)施緊密合作,以提高行業(yè)效率。該機(jī)構(gòu)實(shí)行嚴(yán)格的保密制度和靈活的知識(shí)產(chǎn)權(quán)政策,并不斷更新設(shè)備以保持競(jìng)爭(zhēng)力。最近,BBEPP通過(guò)新投資將其發(fā)酵產(chǎn)能提升了3倍。
英國(guó)生物試點(diǎn)項(xiàng)目(BioPilots UK)。BioPilots UK建立了一個(gè)全國(guó)性的開(kāi)放生物制造設(shè)施網(wǎng)絡(luò),包括威爾士生物煉制卓越中心(BEACON)、生物可再生資源開(kāi)發(fā)中心(Biorenewables Development Centre)、工藝創(chuàng)新中心(Centre for Process Innovation)、工業(yè)生物技術(shù)創(chuàng)新中心(The Industrial Biotechnology Innovation Centre)和生物煉制中心(The Biorefinery Centre)。這些機(jī)構(gòu)在共同運(yùn)營(yíng)的同時(shí),保持各自的獨(dú)立性。BioPilots UK設(shè)立了統(tǒng)一的服務(wù)窗口,根據(jù)需求靈活調(diào)配資源,并通過(guò)技術(shù)交流和統(tǒng)一的知識(shí)產(chǎn)權(quán)政策,確保高效運(yùn)作和權(quán)益保護(hù)。
生物制造中試放大平臺(tái)的成功運(yùn)營(yíng)依賴(lài)3個(gè)關(guān)鍵要素。配備先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)和中試設(shè)施,以支持從小規(guī)模到中試規(guī)模的生產(chǎn);建立專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)和資源共享體系,以促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研的協(xié)作;獲得政府的支持,包括政策扶持和資金激勵(lì),以確保技術(shù)的高效轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化落地。
產(chǎn)業(yè)孵化平臺(tái)
產(chǎn)業(yè)孵化平臺(tái)是生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基石。這些平臺(tái)提供辦公和生產(chǎn)場(chǎng)地,并建立了廣泛的產(chǎn)業(yè)鏈資源網(wǎng)絡(luò)。它們?yōu)槠髽I(yè)提供一站式服務(wù),包括分析檢測(cè)、認(rèn)證服務(wù)、成果轉(zhuǎn)化、信息咨詢(xún)、投融資,以及政商關(guān)系的支持。得益于這些全面的支持,初創(chuàng)企業(yè)能夠有效降低運(yùn)營(yíng)成本,提高研發(fā)效率,順利跨越從產(chǎn)品到市場(chǎng)的“達(dá)爾文死?!?,實(shí)現(xiàn)快速成長(zhǎng)。全球代表性生物制造產(chǎn)業(yè)孵化平臺(tái)包括美國(guó)加利福尼亞定量生物科學(xué)研究所(The California Institute for Quantitative Biosciences,QB3)、英國(guó)合成生物學(xué)創(chuàng)新知識(shí)中心(SynbiCITE)、荷蘭代爾夫特生物技術(shù)園區(qū)(Biotech Campus Delft)、美國(guó)IndieBio等(表3)。

美國(guó)加利福尼亞定量生物科學(xué)研究所(QB3)。QB3成立于2000年,是一個(gè)專(zhuān)注于生物科學(xué)研究和商業(yè)化的孵化器網(wǎng)絡(luò)。依托美國(guó)加利福尼亞大學(xué)10所聯(lián)盟學(xué)校的支持,QB3將物理學(xué)和工程學(xué)的方法整合應(yīng)用于生命科學(xué)的進(jìn)步。該機(jī)構(gòu)在多個(gè)校區(qū)設(shè)有孵化中心,為生命科學(xué)初創(chuàng)企業(yè)提供種子資金、實(shí)驗(yàn)室和辦公場(chǎng)地等基礎(chǔ)支持。通過(guò)與BayBio等行業(yè)協(xié)會(huì)合作,QB3幫助企業(yè)擴(kuò)展技術(shù)和市場(chǎng)資源。平臺(tái)注重經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)價(jià)值的平衡,致力于解決如傳染病診斷和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等關(guān)鍵問(wèn)題。QB3已成功孵化了多家企業(yè),如基因編輯公司Caribou Biosciences、合成生物學(xué)公司Zymergen和分子診斷公司Lucira Health。通過(guò)與中國(guó)瀚??毓傻冗M(jìn)行國(guó)際合作,QB3不斷拓展其全球影響力。
英國(guó)合成生物學(xué)創(chuàng)新知識(shí)中心(SynbiCITE)。SynbiCITE于2013年在倫敦帝國(guó)理工學(xué)院成立,獲得了來(lái)自英國(guó)政府、個(gè)人和學(xué)術(shù)合作伙伴2 800萬(wàn)英鎊的共同投資。該中心構(gòu)建了全面的創(chuàng)業(yè)支持體系,包括配備尖端基因研究設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室、技術(shù)和商業(yè)培訓(xùn)課程,以及通過(guò)創(chuàng)新比賽和種子基金支持初創(chuàng)企業(yè)的機(jī)制。SynbiCITE致力于建立產(chǎn)學(xué)研合作網(wǎng)絡(luò),已成功孵化多家企業(yè),如DNA合成公司Bento Bioworks和生物檢測(cè)公司Nanocage Technologies。根據(jù)2018年制定的5年規(guī)劃,該中心將遷至帝國(guó)理工學(xué)院的白城校區(qū),并與布里斯托爾、愛(ài)丁堡和曼徹斯特的合成生物學(xué)研究中心(Synthetic Biology Research Centres,SBRCs)展開(kāi)合作。目前,SynbiCITE正積極拓展全英國(guó)范圍的投資者網(wǎng)絡(luò)和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,以進(jìn)一步擴(kuò)大其影響力。
荷蘭代爾夫特生物技術(shù)園區(qū)。該園區(qū)由代爾夫特理工大學(xué)、帝斯曼公司和當(dāng)?shù)卣?lián)合建立的創(chuàng)新基地,帝斯曼公司負(fù)責(zé)具體運(yùn)營(yíng),政府提供基礎(chǔ)設(shè)施支持。園區(qū)的資金來(lái)源主要包括項(xiàng)目資助、投資、租金和服務(wù)收入。通過(guò)舉辦創(chuàng)新競(jìng)賽,園區(qū)能夠發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目,并為企業(yè)提供創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)和資金申請(qǐng)支持。作為產(chǎn)業(yè)孵化平臺(tái),園區(qū)提供從原料供應(yīng)到產(chǎn)品配送的完整產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù),包括研發(fā)設(shè)施、中試平臺(tái)和生產(chǎn)空間。通過(guò)與學(xué)術(shù)和研究機(jī)構(gòu)的合作,該園區(qū)建立了高效的創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò),提升了荷蘭的生物制造能力。2024年4月,Plant One公司接管了園區(qū)的生物工藝試驗(yàn)設(shè)施,繼續(xù)支持企業(yè)進(jìn)行工業(yè)化驗(yàn)證。
美國(guó)IndieBio。IndieBio是SOSV集團(tuán)旗下的生物技術(shù)加速器,專(zhuān)注于支持解決可持續(xù)發(fā)展、食品科技和醫(yī)療健康等全球性挑戰(zhàn)的早期企業(yè)。作為SOSV的核心項(xiàng)目,IndieBio通過(guò)其全球風(fēng)險(xiǎn)投資網(wǎng)絡(luò)為企業(yè)提供種子資金、實(shí)驗(yàn)室設(shè)施、專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)和商業(yè)咨詢(xún)等全方位支持,特別注重合成生物學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。在為期4個(gè)月的孵化期內(nèi),IndieBio組織投資者對(duì)接、教育培訓(xùn)和路演等活動(dòng),幫助企業(yè)建立商業(yè)網(wǎng)絡(luò),并提供法律、財(cái)務(wù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)等專(zhuān)業(yè)服務(wù),協(xié)助企業(yè)制定發(fā)展戰(zhàn)略。該平臺(tái)已成功孵化了Memphis Meats、23andMe等知名企業(yè)。2022年12月,IndieBio在紐約設(shè)立新基地以擴(kuò)大孵化能力。2024年7月,SOSV成立了愛(ài)爾蘭生物制造基金,支持企業(yè)拓展歐洲市場(chǎng)。
綜合來(lái)看,產(chǎn)業(yè)孵化平臺(tái)普遍采用“場(chǎng)地+資源+服務(wù)”模式,為企業(yè)提供實(shí)驗(yàn)設(shè)備、運(yùn)營(yíng)服務(wù)人員,以及投資和運(yùn)營(yíng)方案。更為重要的是,孵化器提供的“軟資源”包括知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、臨床試驗(yàn)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)和支持,這要求其具備豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。此外,孵化器與風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu)的緊密合作,不僅為初創(chuàng)企業(yè)提供融資渠道,還可根據(jù)投資方的要求,有針對(duì)性地培育具有發(fā)展?jié)摿Φ钠髽I(yè)。
我國(guó)生物制造關(guān)鍵平臺(tái)設(shè)施現(xiàn)狀
我國(guó)自2007年起將生物制造確立為戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè),并通過(guò)歷次五年規(guī)劃持續(xù)推動(dòng)其發(fā)展。2024年《政府工作報(bào)告》將生物制造定位為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)引擎,多部委正著手制定相關(guān)產(chǎn)業(yè)行動(dòng)計(jì)劃。我國(guó)在生物制造領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)創(chuàng)新的重要突破,但在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、高端產(chǎn)品研發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面仍需進(jìn)一步提升和完善。
產(chǎn)業(yè)規(guī)模:制造體量持續(xù)擴(kuò)大,高端領(lǐng)域仍顯不足。近年來(lái),憑借在發(fā)酵技術(shù)、生物資源和產(chǎn)業(yè)鏈方面的優(yōu)勢(shì),我國(guó)生物制造產(chǎn)業(yè)已在全球市場(chǎng)占據(jù)重要地位,年增長(zhǎng)率超過(guò)12%;關(guān)鍵產(chǎn)品如生物發(fā)酵制品、生物基精細(xì)化學(xué)品和生物基材料的年產(chǎn)量超過(guò)7 000萬(wàn)噸,產(chǎn)值逾8 000億元(不含傳統(tǒng)釀造業(yè)),帶動(dòng)下游產(chǎn)業(yè)規(guī)模逾10萬(wàn)億元。在大宗發(fā)酵產(chǎn)品、生物基材料、農(nóng)用生物制劑和天然產(chǎn)物等細(xì)分市場(chǎng),我國(guó)展現(xiàn)出顯著競(jìng)爭(zhēng)力。例如,目前我國(guó)氨基酸、檸檬酸和維生素的產(chǎn)量約占全球的70%,生物基材料產(chǎn)能約占全球的30%。在技術(shù)創(chuàng)新方面,我國(guó)已實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)重大突破。例如,生物基聚乳酸生產(chǎn)技術(shù)已達(dá)世界領(lǐng)先水平,開(kāi)發(fā)出全球首個(gè)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)長(zhǎng)鏈二元酸的發(fā)酵工藝,研制出全球首個(gè)非洲豬瘟商品化疫苗,中藥現(xiàn)代化和天然產(chǎn)物合成生物學(xué)研究已躋身國(guó)際先進(jìn)行列。盡管如此,我國(guó)在生物藥、工業(yè)酶、關(guān)鍵化學(xué)品等領(lǐng)域與歐美國(guó)家相比仍有差距。同時(shí),大宗產(chǎn)品的產(chǎn)能過(guò)剩影響了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,生物制造工藝也面臨著環(huán)保的挑戰(zhàn)。我國(guó)生物制造產(chǎn)業(yè)正處于戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)型升級(jí)階段,然而現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)水平尚未能充分滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求。
創(chuàng)新能力:平臺(tái)建設(shè)日趨完善,轉(zhuǎn)化效率亟待提升。截至“十三五”末,我國(guó)生物制造領(lǐng)域已建有6個(gè)(高校/研究所)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、5個(gè)企業(yè)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、3個(gè)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、5個(gè)國(guó)家工程研究中心、1個(gè)國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新中心和2個(gè)國(guó)家工程技術(shù)研究中心。近年來(lái),政府進(jìn)一步建立了多個(gè)新的技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái),包括合成生物研究重大科技基礎(chǔ)設(shè)施(深圳)、定量合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(深圳)、國(guó)家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心(天津)、低碳合成工程生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(天津)和上海合成生物學(xué)創(chuàng)新中心等。這些平臺(tái)顯著增強(qiáng)了我國(guó)生物制造領(lǐng)域的研究能力,擴(kuò)大了技術(shù)應(yīng)用范圍,并實(shí)現(xiàn)了從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用開(kāi)發(fā)的完整覆蓋。然而,我國(guó)在生物技術(shù)轉(zhuǎn)化方面存在明顯短板,大多數(shù)生物技術(shù)創(chuàng)新難以突破實(shí)驗(yàn)室階段,缺少有效的轉(zhuǎn)化渠道和市場(chǎng)對(duì)接方式,這使創(chuàng)新成果難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化和規(guī)?;?。
中試設(shè)施:企業(yè)平臺(tái)封閉自守,公共平臺(tái)效能不足。我國(guó)生物制造產(chǎn)業(yè)的規(guī)模正從數(shù)萬(wàn)億元向數(shù)十萬(wàn)億元擴(kuò)張,這一增長(zhǎng)需要更多新企業(yè)的參與。為了吸引更多參與者并加速行業(yè)發(fā)展,降低產(chǎn)業(yè)化門(mén)檻成為關(guān)鍵,這直接推動(dòng)了對(duì)生物制造中試平臺(tái)的需求。然而,當(dāng)前企業(yè)私有平臺(tái)不愿對(duì)外開(kāi)放,而高校和研究所的公共平臺(tái)過(guò)于側(cè)重研究,運(yùn)營(yíng)效率低下,導(dǎo)致現(xiàn)有平臺(tái)無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。因此,系統(tǒng)規(guī)劃和建設(shè)生物制造中試平臺(tái)已成為當(dāng)務(wù)之急。此外,我國(guó)中試平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)還面臨五大挑戰(zhàn):缺乏標(biāo)準(zhǔn)化模式、協(xié)作機(jī)制不足、服務(wù)能力有限、資金支持不足,以及人才儲(chǔ)備不足。
孵化體系:專(zhuān)業(yè)平臺(tái)數(shù)量稀缺,配套服務(wù)亟待完備。根據(jù)工業(yè)和信息化部火炬高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)中心2018—2022年的數(shù)據(jù),在1953家國(guó)家級(jí)科技企業(yè)孵化器中,生物科學(xué)相關(guān)的僅有56個(gè)。截至2022年,盡管我國(guó)擁有超過(guò)200家生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園區(qū),但這些園區(qū)主要服務(wù)于醫(yī)療器械和制藥領(lǐng)域,未能充分滿(mǎn)足生物制造的需求。此外,現(xiàn)有生物醫(yī)藥類(lèi)產(chǎn)業(yè)園普遍存在規(guī)劃不佳、重復(fù)建設(shè)、投入不足等問(wèn)題,限制了創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)化水平的提升,急需系統(tǒng)性解決方案。由于生物制造企業(yè)普遍面臨資金限制,難以從通用孵化平臺(tái)獲得有效支持,國(guó)家需要設(shè)立專(zhuān)門(mén)的產(chǎn)業(yè)孵化平臺(tái)并提供配套資金支持。目前,專(zhuān)門(mén)的生物制造孵化平臺(tái)數(shù)量有限。例如,深圳光明區(qū)銀星合成生物產(chǎn)業(yè)園、上海灣區(qū)生物醫(yī)藥港、杭州錢(qián)灣生物港、山西合成生物產(chǎn)業(yè)生態(tài)園,以及北戴河生物制造產(chǎn)業(yè)園等,這些平臺(tái)大多處于運(yùn)營(yíng)初期或建設(shè)階段,其對(duì)產(chǎn)業(yè)的實(shí)際支持效果仍需驗(yàn)證。
未來(lái)發(fā)展建議
借鑒國(guó)際生物制造產(chǎn)業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn),針對(duì)我國(guó)生物制造平臺(tái)設(shè)施存在的不足,本文提出7個(gè)方面的建議。
創(chuàng)新引領(lǐng),構(gòu)建市場(chǎng)導(dǎo)向體系。促進(jìn)科研人員與企業(yè)的深入交流,全面分析市場(chǎng)需求,開(kāi)展應(yīng)用導(dǎo)向研究,確保研究方向?qū)訉?shí)際需求,提高科研成果實(shí)用價(jià)值。構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新體系,建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,促進(jìn)技術(shù)交流與轉(zhuǎn)化,整合各方資源優(yōu)勢(shì),形成創(chuàng)新協(xié)同效應(yīng)。設(shè)立專(zhuān)門(mén)的技術(shù)轉(zhuǎn)讓辦公室,提供全面的技術(shù)評(píng)估、知識(shí)產(chǎn)權(quán)許可和轉(zhuǎn)讓服務(wù),促進(jìn)科研成果商業(yè)化。
平臺(tái)支撐,完善中試服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。評(píng)估現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施,合理規(guī)劃中試能力布局,特別關(guān)注生物基材料、生物藥、工業(yè)酶和關(guān)鍵化學(xué)品等領(lǐng)域。支持龍頭企業(yè)搭建產(chǎn)業(yè)鏈中試平臺(tái),開(kāi)放應(yīng)用場(chǎng)景和測(cè)試環(huán)境,促進(jìn)產(chǎn)品研發(fā)。增設(shè)公益性生物制造中試服務(wù)機(jī)構(gòu),提供高質(zhì)量產(chǎn)業(yè)化服務(wù),切實(shí)解決企業(yè)實(shí)際需求。搭建信息共享平臺(tái),促進(jìn)設(shè)施間資源共享和技術(shù)互通,提高整體運(yùn)營(yíng)效率。
模式優(yōu)化,提升平臺(tái)運(yùn)營(yíng)效能。系統(tǒng)分析和總結(jié)平臺(tái)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),建立標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)營(yíng)模式,并采用多學(xué)科方法確保其靈活性。強(qiáng)化政策支持,推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和合作發(fā)展,建立可持續(xù)運(yùn)營(yíng)模式。實(shí)行多元化運(yùn)營(yíng),吸引政府、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)和社會(huì)組織共同參與投資管理,打造高效運(yùn)營(yíng)體系。推進(jìn)平臺(tái)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,引入智能管理系統(tǒng)。持續(xù)更新技術(shù)設(shè)備,積極參與重大研發(fā)項(xiàng)目。
能力提升,強(qiáng)化孵化服務(wù)管理。建立全方位的孵化服務(wù)體系,為中小企業(yè)提供一站式支持。實(shí)施嚴(yán)格的項(xiàng)目評(píng)估機(jī)制,以確保服務(wù)成效。建立靈活的會(huì)員制度,設(shè)立專(zhuān)業(yè)管理團(tuán)隊(duì),完善知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)體系,并開(kāi)展設(shè)備租賃、遠(yuǎn)程運(yùn)維等創(chuàng)新服務(wù)模式。
生態(tài)構(gòu)建,打造產(chǎn)業(yè)協(xié)同體系。建立完整的生物制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈,整合現(xiàn)有研發(fā)力量和產(chǎn)業(yè)資源,打造集研發(fā)、生產(chǎn)、孵化和商業(yè)化于一體化的平臺(tái),促進(jìn)區(qū)域發(fā)展。根據(jù)各地的實(shí)際情況設(shè)立專(zhuān)業(yè)孵化平臺(tái),結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源條件、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和市場(chǎng)機(jī)會(huì),打造特色優(yōu)勢(shì)。推動(dòng)區(qū)域合作和資源整合,形成互補(bǔ)發(fā)展格局,建立區(qū)域創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò),共同促進(jìn)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步。
政策護(hù)航,加強(qiáng)扶持激勵(lì)力度。設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)資金,用于平臺(tái)建設(shè)和運(yùn)營(yíng),實(shí)施土地、稅收和信貸優(yōu)惠政策。重點(diǎn)支持具有帶動(dòng)作用的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。建立專(zhuān)項(xiàng)辦公室統(tǒng)籌工作,指導(dǎo)各地區(qū)發(fā)揮生物制造優(yōu)勢(shì),落實(shí)政策措施,并加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)業(yè)化成果顯著地區(qū)的支持力度。
人才培養(yǎng),夯實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)。實(shí)施“引進(jìn)+培養(yǎng)”雙軌戰(zhàn)略,注重引進(jìn)高層次人才,并建立內(nèi)部培養(yǎng)體系。支持高校開(kāi)設(shè)相關(guān)專(zhuān)業(yè),著力培養(yǎng)精通產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造和設(shè)備管理的復(fù)合型人才。加強(qiáng)校企合作,鼓勵(lì)企業(yè)深度參與人才培養(yǎng)過(guò)程,將中試平臺(tái)打造為實(shí)踐培訓(xùn)基地,提供專(zhuān)業(yè)的實(shí)操環(huán)境和指導(dǎo)。通過(guò)定期技術(shù)培訓(xùn)和交流活動(dòng),促進(jìn)人才持續(xù)成長(zhǎng)。建立科學(xué)的人才評(píng)價(jià)制度,完善薪酬體系和職業(yè)發(fā)展通道,以激勵(lì)和留住優(yōu)秀人才。
(作者:吳曉燕、陳方,中國(guó)科學(xué)院成都文獻(xiàn)情報(bào)中心;單耀瑩,中國(guó)科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展研究局;陸安靜,中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院;編審:楊柳春;《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿)







