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通過基因改造酒釀酵母等細(xì)菌，利用發(fā)酵即可合成各類原本需化學(xué)合成或從天然原料提取的化合物，這便是生物制造。華東理工大學(xué)教授魏東芝團(tuán)隊研發(fā)出的角鯊烯制造新工藝，一改以往只能從鯊魚身上提取的傳統(tǒng)方式，通過“定制酶”與酵母菌改造，讓酵母“釀”出高純度角鯊烯，20噸發(fā)酵罐單次產(chǎn)能可替代3000頭鯊魚的提取量。該產(chǎn)品已獲國內(nèi)外多項認(rèn)證，廣泛應(yīng)用于疫苗佐劑、醫(yī)藥、化妝品、保健品等領(lǐng)域。

魏東芝團(tuán)隊攻克的這道生物制造難題，只是其“多酶協(xié)同催化體系及生物基產(chǎn)品綠色制造技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化”項目在20余年發(fā)展中解決的諸多挑戰(zhàn)之一。目前，由項目發(fā)展而來的“多酶協(xié)同催化體系”已實現(xiàn)20余種醫(yī)藥、化工等產(chǎn)品原料的生物制造，堪稱生物基產(chǎn)品制造的“工具箱”。近日，2025年度中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會科學(xué)技術(shù)獎揭曉，該項目獲科技進(jìn)步獎（含基礎(chǔ)研究類）特等獎。

深耕底層，攻堅技術(shù)壁壘

對底層技術(shù)的執(zhí)著，是這個“工具箱”能解決多項生物制造問題的關(guān)鍵。在微生物世界中，酶就像一把精密的“鑰匙”，能開啟各類催化反應(yīng)通道，是生物制造的關(guān)鍵之一。然而，一個反應(yīng)常常需要多種酶混合作用，且常會遇上流程斷裂、效率低下等問題。

“如果把通過酶進(jìn)行的反應(yīng)比作搭積木，那么，簡單混合后，這些‘積木’搭到一起的效率很低。但我們對酶進(jìn)行了專門的設(shè)計，好比在積木上設(shè)置了能讓它們搭到一起的卡扣，這樣反應(yīng)就更容易了?！蔽簴|芝介紹，沿著這種“酶工程”的思路，團(tuán)隊研發(fā)的多酶級聯(lián)生物催化技術(shù)使得多種不同的酶能夠“步調(diào)一致”地高效協(xié)同工作。

更具挑戰(zhàn)性的是長期堅持同一研究方向、持續(xù)開展攻關(guān)探索?！岸嗄陙恚覀儓F(tuán)隊始終專注特定的研究方向，‘不為潮流所動’?！蔽簴|芝說，“只有鉆研和擁有自己獨特的底層技術(shù)，才可能把一項工作做到極致。”

在角鯊烯制造工藝研發(fā)中發(fā)揮重要作用的多細(xì)胞器工程改造技術(shù)便是長期深耕同一研究方向的成果。“細(xì)胞跟人體一樣，也有各種‘器官’——細(xì)胞器。把反應(yīng)放在一個細(xì)胞器中進(jìn)行，空間更緊湊，效率也更高。”魏東芝說，角鯊烯是該項技術(shù)協(xié)助實現(xiàn)的第一個重要化合物，但即便短期內(nèi)沒有重大項目的實際需求，團(tuán)隊仍會錨定該技術(shù)方向，開展系統(tǒng)性研發(fā)工作。這份堅守最終獲得了豐厚回報：從角鯊烯的成功量產(chǎn)開始，該項技術(shù)開辟了數(shù)萬種同類精細(xì)化學(xué)品生物制造的途徑。“底層技術(shù)是通用的。萬變不離其宗?！蔽簴|芝說。

此外，團(tuán)隊還攻克了從海量基因中高效篩選目標(biāo)酶的工業(yè)酶快速精準(zhǔn)定制技術(shù)，實現(xiàn)了低成本、無抗生素添加、培養(yǎng)基100%國產(chǎn)化的發(fā)酵技術(shù)，并構(gòu)建起擁有萬余種自主知識產(chǎn)權(quán)酶的龐大酶庫……在一項又一項底層技術(shù)的托舉下，魏東芝團(tuán)隊構(gòu)建的“多酶協(xié)同催化體系”成為一條“專業(yè)后廚流水線”。它以玉米、秸稈等可再生生物質(zhì)為“食材”，多種功能各異的酶為“廚師”，在常溫常壓下一步完成原料拆解、轉(zhuǎn)化、成型的全流程，綠色而高效地端出一道又一道化合物“菜品”。

面向產(chǎn)業(yè)，引領(lǐng)標(biāo)準(zhǔn)革新

在魏東芝擔(dān)任所長的魯華生物技術(shù)研究所一樓，幾位學(xué)生正在幾間前后連通的實驗室里，觀察反應(yīng)器中的產(chǎn)物與儀器上的讀數(shù)。在實驗室的盡頭，是一套大小約為半個房間的發(fā)酵罐系統(tǒng)，其容量為300升，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與工業(yè)中的噸級發(fā)酵罐基本一致。這是研究所成立時魏東芝特地設(shè)計的一條完整的迷你生物制造“生產(chǎn)線”，其目標(biāo)是系統(tǒng)解決從實驗室搖瓶到百噸級發(fā)酵罐的傳遞、控制與優(yōu)化等關(guān)鍵難題，實現(xiàn)技術(shù)成果向產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)力的高效轉(zhuǎn)化。

魏東芝團(tuán)隊從成立起，生產(chǎn)端的實際問題便被納入其研究體系框架之中。

例如，團(tuán)隊在研發(fā)農(nóng)藥“L-草銨膦除草劑”的生物合成工藝時，雖然已經(jīng)成功生成了目標(biāo)產(chǎn)物，但它卻和保持酶活性的“緩沖液”混雜在一起。分離純化目標(biāo)產(chǎn)物的過程非常復(fù)雜，實現(xiàn)量產(chǎn)的成本很高。

“從生產(chǎn)的角度出發(fā)，我們當(dāng)時大膽設(shè)想，雖然‘酶必須在緩沖液里才有活性’是教科書上的概念，但為了簡化這個反應(yīng)體系，能不能讓它在純水里面依然有活性呢？”

這一思路創(chuàng)新，造就了關(guān)鍵性突破。全球首條年產(chǎn)萬噸L-草銨膦除草劑生物合成生產(chǎn)線投產(chǎn)，打破國外技術(shù)壟斷。生產(chǎn)線的原料利用率近100%，幾乎無廢水排放，與傳統(tǒng)同類化工品生產(chǎn)線相比，其占地面積、總投資額及建設(shè)周期僅為十分之一。

“當(dāng)前，這項成果已經(jīng)寫進(jìn)了新的教科書?！蔽簴|芝說。

團(tuán)隊堅持以產(chǎn)業(yè)需求牽引科研創(chuàng)新，已累計推動100多項科技成果產(chǎn)業(yè)化，賦能近300家企業(yè)，近三年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值超1500億元。醫(yī)藥級角鯊烯的從頭合成與規(guī)?；I(yè)量產(chǎn)，百萬噸級檸檬酸生產(chǎn)線原料利用率近100%……“科研成果的價值，絕不應(yīng)僅僅以論文和專利的數(shù)量來衡量?！蔽簴|芝經(jīng)常這樣跟團(tuán)隊師生說。目前，團(tuán)隊正推動綠色生物技術(shù)的系統(tǒng)化、規(guī)?；瘧?yīng)用，為我國建設(shè)“生物制造強國”貢獻(xiàn)力量。