「合成生物」成為新風(fēng)向

人造蛋白、合成淀粉，把二氧化碳作為原料直接轉(zhuǎn)化為可食用的物質(zhì)，近兩年引起了廣泛熱議，未來人類有望擺脫糧食生產(chǎn)的煩惱，真正實(shí)現(xiàn)“喝西北風(fēng)也能喝飽”。

而這些只是合成生物技術(shù)的冰山一角。

什么是「合成生物」？

合成生物學(xué)是指通過構(gòu)建生物功能元件、裝置和系統(tǒng)，對(duì)細(xì)胞或生命體進(jìn)行遺傳學(xué)設(shè)計(jì)、改造，使其擁有滿足人類需求的生物功能，甚至創(chuàng)造新的生物系統(tǒng)。

合成生物學(xué)將催生下一次生物技術(shù)革命。

合成生物涉及醫(yī)療健康、化工、農(nóng)業(yè)、食品、消費(fèi)品等領(lǐng)域，在基因編輯技術(shù)的進(jìn)步下，成本大幅下降，有望在未來幾年突破式發(fā)展。

在產(chǎn)品應(yīng)用上，比如利用淀粉、葡萄糖、纖維素等可再生碳資源甚至CO2為原料生產(chǎn)氨基酸、有機(jī)酸、抗生素、維生素、微生物多糖、可再生化學(xué)品、精細(xì)與醫(yī)療化學(xué)品等。還有就是微生物細(xì)胞工廠，理論上，所有的有機(jī)化學(xué)品理論上都可以通過合成生物制造來生產(chǎn)。包括生物基丁二酸、長(zhǎng)鏈二元酸、乙醇、1,4-丁二醇、異丁醇、1,3-丙二醇、異丁烯、L-丙氨酸、戊二胺、青蒿素等在內(nèi)的眾多合成生物化學(xué)品已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

2020-2025年，全球合成生物市場(chǎng)規(guī)模將保持22.5%的年均復(fù)合增速，至2025年有望突破200億美元。

中國(guó)加碼「合成生物」發(fā)展

2022年5月10日，國(guó)家發(fā)展改革委印發(fā)《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，這也是我國(guó)首部生物經(jīng)濟(jì)五年規(guī)劃。

文件指出“十四五”時(shí)期，我國(guó)生物技術(shù)和生物產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展，生物經(jīng)濟(jì)成為推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力，生物安全風(fēng)險(xiǎn)防控和治理體系建設(shè)不斷加強(qiáng)。

《規(guī)劃》指明了四大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域：生物醫(yī)藥、生物農(nóng)業(yè)、生物質(zhì)替代應(yīng)用、生物安全。

在《規(guī)劃》中，合成生物學(xué)多次被提及，覆蓋醫(yī)療健康、食品消費(fèi)兩大領(lǐng)域：

國(guó)內(nèi)多省市規(guī)劃頻繁提及合成生物，部分省市政府發(fā)布科技創(chuàng)新“十四五”規(guī)劃都將合成生物技術(shù)納入其中。

中國(guó)領(lǐng)銜「合成生物」食品領(lǐng)域發(fā)展

《規(guī)劃》中還提到探索研發(fā)“人造蛋白”等新型食品。我國(guó)在合成生物食品領(lǐng)域的應(yīng)用中，已經(jīng)取得了重大突破。

人造蛋白

2021年，我國(guó)農(nóng)科院飼料所和首鋼朗澤公司聯(lián)合研制的新型人工合成蛋白質(zhì)技術(shù)。

這項(xiàng)技術(shù)通過采取自然界的一氧化碳、以及二氧化碳尾氣及氮源（氨）進(jìn)行化學(xué)合成，僅僅需要22秒就可以快速合成蛋白質(zhì)，創(chuàng)下了85%轉(zhuǎn)化率的世界第一人工合成蛋白質(zhì)紀(jì)錄。

這一技術(shù)的重大意義是什么？

咱們國(guó)家的飼料嚴(yán)重依賴進(jìn)口國(guó)外的豆粕、玉米等原料，并且在這過程中產(chǎn)生大量的“碳排放”，而借助這一技術(shù)，我國(guó)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)級(jí)批量生產(chǎn)人造蛋白質(zhì)，形成萬噸產(chǎn)能，不管是從經(jīng)濟(jì)效益還是環(huán)境效益上，都是根本性的突破！

人造蛋白彌補(bǔ)食物缺口

人造肉

人造肉分為“植物肉”和“細(xì)胞肉”兩大類。

“植物肉”主要靠大豆蛋白制成，因?yàn)槠涓缓罅康牡鞍踪|(zhì)和少量的脂肪，是健康食品。

“細(xì)胞肉”主要是利用動(dòng)物干細(xì)胞制造出的人造肉。

人造肉的好處是：

1、口感味道一致的情況下，還能調(diào)節(jié)肉中的營(yíng)養(yǎng)成分，去除掉危害人體健康的物質(zhì)。

2、減少養(yǎng)殖家禽帶來的環(huán)境污染，減少碳排放。（溫室氣體排放有18%來自養(yǎng)殖業(yè)）

3、減少養(yǎng)殖過程中消耗的大量水資源和土地。（全球陸地面積有30% 都被用于養(yǎng)殖業(yè)）

早在2019年11月，我國(guó)科學(xué)家研發(fā)出我國(guó)第一塊肌肉干細(xì)胞培養(yǎng)肉產(chǎn)品，使用的是第六代豬肌肉干細(xì)胞，看起來和真肉沒什么差別。但國(guó)內(nèi)消費(fèi)者目前對(duì)于人造肉接受度有限，要想培育消費(fèi)者心智或許還需要很長(zhǎng)一段時(shí)間。

合成淀粉

2021年9月，中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所主導(dǎo)完成的人工合成淀粉重大科技突破進(jìn)展成果論文在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上線發(fā)表。

淀粉是糧食最主要的成分，同時(shí)也是重要的工業(yè)原料，目前主要是從玉米等農(nóng)作物通過自然光合作用固定二氧化碳生產(chǎn)，理論能量轉(zhuǎn)化效率僅為2%左右。

而我國(guó)的研究人員經(jīng)過6年的研究，以二氧化碳、電解產(chǎn)生的氫氣為原料，成功生產(chǎn)出淀粉，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成。

技術(shù)突破在哪？

突破1：能量轉(zhuǎn)化效率提升3.5倍，突破自然光合固碳系統(tǒng)利用太陽能的局限。

突破2：自然界淀粉合成需要60多個(gè)步驟，人工合成只需要11步。

突破3：突破天然淀粉合成時(shí)空效率不高的限制，解決生物酶催化劑間難以適配的問題。

真正從0到1的原創(chuàng)性突破，對(duì)全球生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有里程碑式的意義。

人工合成淀粉

合成生物在食品領(lǐng)域的應(yīng)用，是解決未來“糧食危機(jī)”的必經(jīng)之路，更是暢想宇宙航行的必然基礎(chǔ)，是需要重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

合成生物在醫(yī)療健康領(lǐng)域的發(fā)展，更為復(fù)雜繁多，就不在本文展開介紹，改天再與大家分享。

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