嘉賓介紹

發(fā)展建言

發(fā)展寄語(yǔ)

《閎議》訪談節(jié)目由《中國(guó)科學(xué)院院刊》與中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)新聞中心聯(lián)合出品，通過(guò)采訪兩院院士及專(zhuān)家學(xué)者，深度探討邁入“十四五”的中國(guó)社會(huì)在各領(lǐng)域的發(fā)展前路。以客觀、精準(zhǔn)的解讀，科學(xué)、前瞻的思考，為站在“兩個(gè)一百年”歷史交匯點(diǎn)上的中國(guó)發(fā)展破題解惑，為邁向第二個(gè)百年目標(biāo)貢獻(xiàn)智慧力量。

生物制造成為我國(guó)生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，原創(chuàng)菌種是這一產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。我國(guó)的原創(chuàng)菌種發(fā)展情況如何？與國(guó)際先進(jìn)水平相比還有哪些方面的差距？由清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的嗜鹽菌底盤(pán)原創(chuàng)菌種為何能獲得國(guó)際大獎(jiǎng)？對(duì)此，《閎議》節(jié)目組專(zhuān)訪了清華大學(xué)教授、合成與系統(tǒng)生物學(xué)中心主任陳國(guó)強(qiáng)。

生物制造發(fā)展前景廣闊

中國(guó)網(wǎng)：生物制造作為新質(zhì)生產(chǎn)力和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)之一，是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的方向和領(lǐng)域，您在該行業(yè)深耕30多年，如何看待其發(fā)展前景？目前在該領(lǐng)域，中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距在哪些地方？

陳國(guó)強(qiáng)：我們國(guó)家對(duì)生物制造是非常重視的。生物制造有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，用可持續(xù)發(fā)展的原料來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的原料，比如二氧化碳、甲醇、乙酸、淀粉、葡萄糖、脂肪酸，在地球上不斷出現(xiàn)，可以無(wú)窮無(wú)盡被消耗，所以這種生產(chǎn)方式是可持續(xù)的；另一方面，生物制造是在水里進(jìn)行的反應(yīng)，常溫常壓，無(wú)毒、無(wú)嗅、無(wú)害，所以是一個(gè)環(huán)境友好的生產(chǎn)方式。

相對(duì)于生物制造，化工制造一般是用有機(jī)溶劑在高溫、高壓、重金屬催化劑的情況下進(jìn)行反應(yīng)，相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較耗能的，而且對(duì)環(huán)境不是那么友好。它使用的資源是石油，石油并不是這個(gè)星球上可持續(xù)發(fā)展的原料，所以從未來(lái)可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展角度來(lái)說(shuō)，生物制造的重要性特別顯現(xiàn)出來(lái)了。中國(guó)是一個(gè)資源消耗的大國(guó)，人口眾多，所以發(fā)展生物制造對(duì)我們國(guó)家未來(lái)的可持續(xù)發(fā)展特別重要，包括對(duì)未來(lái)的低碳生活也是特別重要的。所有的生產(chǎn)活動(dòng)當(dāng)然也包括生物制造，都會(huì)產(chǎn)生一定的二氧化碳。但是生物制造用的原料是吸收了二氧化碳的來(lái)源于植物的原料，包括二氧化碳本身，所以是低碳的生產(chǎn)活動(dòng)。

生物制造的發(fā)展前景，我認(rèn)為未來(lái)是非常廣大的。未來(lái)的更多的制造，特別是材料、燃料、食品、營(yíng)養(yǎng)品，包括蛋白、藥物等，是更多的使用生物制造的方式進(jìn)行的。從這個(gè)意義來(lái)說(shuō)，生物制造未來(lái)是慢慢會(huì)取代化工制造，成為一個(gè)大的趨勢(shì)。

我們國(guó)家的生物制造產(chǎn)業(yè)在規(guī)模上是非常龐大的。比如發(fā)酵產(chǎn)業(yè)是生物制造里頭最重要的成分，全世界的發(fā)酵產(chǎn)業(yè)中國(guó)占了70%。所以我國(guó)在制造規(guī)模上是非常龐大的，但是我們也有一些短板，比如我們國(guó)家用的很多進(jìn)行生物制造的核心菌種，是國(guó)外過(guò)來(lái)的。最近國(guó)家特別重視，投入了很多資源進(jìn)行原創(chuàng)菌種的開(kāi)發(fā)，但是需要一些時(shí)間。

除了菌種之外，我們國(guó)家還有另外一個(gè)短板就是裝備，比如高通量的連續(xù)離心機(jī)，目前我們還是依賴(lài)進(jìn)口，非常昂貴，而且供貨期差不多有一年，對(duì)我們未來(lái)的發(fā)展是一個(gè)警示。另外就是進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)的各種各樣的電極，這些也大部分是國(guó)外的，所以這一塊我們國(guó)家也要進(jìn)行進(jìn)一步的投入，在裝備方面也不留下短板。

“原創(chuàng)芯片”嗜鹽菌的巨大意義

中國(guó)網(wǎng)：您兩次獲得生物制造領(lǐng)域國(guó)際大獎(jiǎng)，成為中國(guó)大陸獲獎(jiǎng)第一人，可以講一下這兩個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)的背景嗎？獲獎(jiǎng)是否代表著中國(guó)在生物制造領(lǐng)域已走在國(guó)際前列？

陳國(guó)強(qiáng)：我第一個(gè)獲得的是國(guó)際代謝工程獎(jiǎng)，我們實(shí)驗(yàn)室發(fā)展了一個(gè)嗜鹽菌為（生物）底盤(pán)的原創(chuàng)菌種。我們是第一個(gè)把嗜鹽菌用到大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)室，在整個(gè)國(guó)家層面來(lái)說(shuō)都是非常重要的一個(gè)突破。嗜鹽菌帶來(lái)的好處就是整個(gè)發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程或生物制造過(guò)程，是低能耗的，而且水可以循環(huán)使用。低能耗、低耗水、常溫常壓，生產(chǎn)過(guò)程非常友好，更重要的是生產(chǎn)過(guò)程不會(huì)染菌，不會(huì)受環(huán)境中的任何微生物所干擾。

我們把它叫作下一代工業(yè)生物技術(shù)，可以進(jìn)行連續(xù)的生產(chǎn)，所以帶來(lái)生物制造成本的大幅度下降。還有我們用嗜鹽菌為底盤(pán)開(kāi)發(fā)了各種各樣的工程技術(shù)，這也是全世界到目前為止在極端微生物（領(lǐng)域）做到了最好的例子，而且也更重要的是實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的工業(yè)化制造。

第二個(gè)大獎(jiǎng)是叫作國(guó)際生物聚合大會(huì)工業(yè)獎(jiǎng)。這個(gè)獎(jiǎng)主要是表彰我在一種生物材料叫作聚羥基脂肪酸酯（PHA）方面做出的，也是產(chǎn)業(yè)化的貢獻(xiàn)。在國(guó)際上做PHA材料基本上都是用兩個(gè)底盤(pán)，一個(gè)羅氏真氧菌，一個(gè)是大腸桿菌，已經(jīng)進(jìn)行了差不多快50年了，都是碰到同樣的問(wèn)題：放大非常困難，大規(guī)模制造過(guò)程中經(jīng)常會(huì)有染菌。用了嗜鹽菌底盤(pán)以后，生產(chǎn)PHA產(chǎn)品基本上就解決了過(guò)去碰到的染菌放大過(guò)程中的一些困難。

所以PHA產(chǎn)業(yè)在近幾年得到大力的發(fā)展，特別是嗜鹽菌底盤(pán)細(xì)胞，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)應(yīng)用于至少5個(gè)產(chǎn)業(yè)，5個(gè)公司在進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，這也是對(duì)PHA材料走向我們的日常生活提供了很大的貢獻(xiàn)，所以獲得了大獎(jiǎng)。不敢說(shuō)我們國(guó)家在任何生物制造方面都是領(lǐng)先于世界的，但是在PHA生物制造我們是領(lǐng)先于世界的。

中國(guó)網(wǎng)：生物菌種是生物制造的“芯片”，中國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的菌種是怎么樣的狀況？您發(fā)現(xiàn)嗜鹽菌是怎樣的過(guò)程呢？

陳國(guó)強(qiáng)：核心菌種是任何生物制造最關(guān)鍵的東西，確實(shí)就像我們手機(jī)上的芯片一樣，是最關(guān)鍵的一個(gè)部件。

在微生物發(fā)酵菌種這一塊，我們現(xiàn)在整個(gè)產(chǎn)業(yè)用的絕大部分的菌種都是傳統(tǒng)的國(guó)外首創(chuàng)的底盤(pán)。這里有很多知識(shí)產(chǎn)權(quán)，基本上都被國(guó)外那些大公司包括高校研究所壟斷。如果我們進(jìn)行大規(guī)模的商業(yè)活動(dòng)，有時(shí)候會(huì)碰到一些訴訟。所以我們認(rèn)為要開(kāi)發(fā)一些我們國(guó)家原創(chuàng)的菌種來(lái)繞過(guò)壁壘。除了知識(shí)產(chǎn)權(quán)之外，傳統(tǒng)的國(guó)外原創(chuàng)菌種，放大過(guò)程中都碰到一些困難，特別是在PHA行業(yè)里，在實(shí)驗(yàn)室做都是非常完美的，但是在進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)楹芏嗟牟淮_定的因素，包括氧氣的供應(yīng)、pH的控制、原料補(bǔ)加的速率控制，還有微生物的代謝不平衡，造成了整個(gè)放大過(guò)程中碰到很多問(wèn)題。

我在清華工作了30年，前10年我們用的是跟國(guó)外一樣的傳統(tǒng)菌種，碰到很多問(wèn)題，就是放大過(guò)程中的不穩(wěn)定，還有放大過(guò)程中染菌。所以我們雖然做了很多努力，但是放大都不那么成功。

后來(lái)有一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，我們實(shí)驗(yàn)室來(lái)了幾個(gè)從新疆過(guò)來(lái)的老師同學(xué)，他們告訴我說(shuō)在新疆有一個(gè)特別極端的環(huán)境，叫作艾丁湖，高低溫不平衡，晚上可以零下20度，白天可以零上80度，鹽濃度達(dá)到200克每升，pH堿性。我們有一個(gè)新疆的老師，利用假期給我們采集了很多樣品過(guò)來(lái)，我們從樣品里頭分離到了一些嗜鹽菌，確實(shí)能夠有很高的活性。我們做了很多實(shí)驗(yàn)，這種極端微生物，能夠適應(yīng)各種各樣的環(huán)境，它可以幾乎在任何的變量下都快速生長(zhǎng)，這就是我們工業(yè)方案當(dāng)中所需要的，我們叫作皮實(shí)性。所以我們用皮實(shí)的嗜鹽菌做了很多工程開(kāi)發(fā)工具的工作，把嗜鹽菌變成一個(gè)穩(wěn)定的底盤(pán)細(xì)胞，我們?cè)谶@底盤(pán)細(xì)胞上可以構(gòu)建很多代謝通路，可以制造出多種產(chǎn)品。在穩(wěn)定的體系上建立一個(gè)高強(qiáng)的、產(chǎn)品多樣的生物制造平臺(tái)。所以我們有了“下一代工業(yè)生物技術(shù)”，我認(rèn)為是在補(bǔ)充我們國(guó)家原創(chuàng)菌種底盤(pán)上做了一個(gè)很重要的工作。

向未來(lái) 如何豐富原創(chuàng)菌種

中國(guó)網(wǎng)：生物菌種以及極端菌種目前從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新方面存在什么問(wèn)題？明年就是“十五五”規(guī)劃的開(kāi)端，您對(duì)生物菌種的發(fā)展有什么建議？

陳國(guó)強(qiáng)：我們國(guó)家原創(chuàng)的菌種，特別是用在生產(chǎn)當(dāng)中的，少而又少。所以為了未來(lái)生物制造更好的發(fā)展，特別是向海外發(fā)展，我們需要很多的原創(chuàng)菌種來(lái)規(guī)避各種各樣專(zhuān)利方面的糾紛。

我們認(rèn)為在自然界中存在的菌種被開(kāi)發(fā)得很充分了，但唯一一個(gè)全世界用極端微生物進(jìn)行生產(chǎn)的，也就清華大學(xué)開(kāi)發(fā)出來(lái)，就是我們實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出來(lái)的嗜鹽菌。其他進(jìn)行學(xué)術(shù)研究的還是有很多的，但是走到生產(chǎn)方面，目前就一個(gè)。

希望有更多的原創(chuàng)菌種能夠應(yīng)用到我們的生物制造產(chǎn)業(yè)里，特別是在極端微生物方面，這是一個(gè)巨大的海洋，我們國(guó)家地理環(huán)境應(yīng)該是全世界最多樣的，我們有極寒的、極熱的、極冷的，還有高原的，包括海洋，包括沙漠，這些都給我們提供了很好的發(fā)展極端微生物的環(huán)境。

在極端微生物方面，我們有很多嗜酸的、嗜堿的、嗜鹽的、嗜冷的，還有嗜熱的，以及能夠吃一氧化碳、二氧化碳、甲烷，還有產(chǎn)生甲烷的。我們有很多研究極端微生物的機(jī)構(gòu)，有很多極端微生物資源的儲(chǔ)備，但是在做極端微生物分子生物學(xué)方面，人才還是非常缺乏的。

目前除了清華大學(xué)，還有中國(guó)科學(xué)院微生物所，很少有機(jī)構(gòu)進(jìn)行極端微生物分子生物學(xué)的研究。我認(rèn)為極端微生物是一個(gè)寶庫(kù)，也是一個(gè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海洋。

未來(lái)我們應(yīng)該投入更多的資源，包括更多的人力，把極端微生物作為生產(chǎn)底盤(pán)這個(gè)牌打好，直到我們?cè)谠瓌?chuàng)微生物底盤(pán)細(xì)胞方面有更大的發(fā)言權(quán)，也補(bǔ)齊我們?cè)瓌?chuàng)菌種缺乏這個(gè)短板，使得我們未來(lái)的生物制造能夠在海內(nèi)外蓬勃發(fā)展。

科學(xué)家精神：熱愛(ài)與堅(jiān)持

中國(guó)網(wǎng)：科學(xué)家精神是一切科研成果的基石，您認(rèn)為發(fā)展中國(guó)的生物制造，應(yīng)該具備怎樣的科學(xué)家精神？

陳國(guó)強(qiáng)：我覺(jué)得是全心全意投入到科學(xué)研究中，然后把自己的絕大部分的精力都投入到自己熱愛(ài)的科學(xué)研究中。還有另外一點(diǎn)是“堅(jiān)持”，因?yàn)樗械难芯慷际且粋€(gè)非常痛苦的過(guò)程，也是一個(gè)充滿(mǎn)了失敗的過(guò)程。

有人說(shuō)科學(xué)研究90%是失敗的，我自己覺(jué)得95%是失敗的。只有在你堆積了足夠的失敗以后，可能才能夠找到一個(gè)成功的發(fā)力點(diǎn)。所以科學(xué)家精神就是不怕失敗，認(rèn)真投入地做好這件事情，然后不斷地堅(jiān)持，最后有可能成功。當(dāng)然失敗的可能性也很大，但是我覺(jué)得“堅(jiān)持”是保證成功的最重要的一點(diǎn)，你堅(jiān)持不一定成功，但不堅(jiān)持一定是失敗的。

（本期策劃：楊柳春、王振紅；編審：楊柳春、王振紅、王虔；編輯：王虔、文彥杰、武一男。出品：《中國(guó)科學(xué)院院刊》、中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)新聞中心）

結(jié)束語(yǔ)