3月28日，《人民日报》在“开卷知新”栏目刊发学校郑裕国院士署名文章《生物制造——物质生产方式的巨大革新》。文章中，郑裕国院士表示，加快化工、医疗、材料、轻工等重要工业产品制造与生物技术深度融合，将推动经济发展向绿色低碳可持续发展模式转型。生物制造作为全球新一轮科技革命和产业变革的战略制高点之一，正在改变物质生产方式，实现生产原料、制造工程、产品性质的重大革新，因此被视为制造领域一次新的“工业革命”。
郑裕国院士在文章中指出，在医药、农业、食品、化工、材料、能源等各领域，生物制造前景广阔，能为解决能源、气候与环境问题、实现绿色低碳可持续发展提供强有力的科技支撑。随着相关技术发展，生物制造还将给我们带来更多惊喜，在更多维度革新生产生活方式，为中国式现代化贡献科技力量。
全文如下：
生物制造——物质生产方式的巨大革新
相比于传统制造方式，生物制造在生产原料、加工工艺等方面另辟蹊径。加快化工、医疗、材料、轻工等重要工业产品制造与生物技术深度融合，将推动经济发展向绿色低碳可持续发展模式转型。
理论上，全球一半以上的重要化学品可以用生物制造方法获得，但目前真正实现生物制造的产品仅占很小一部分。从技术赋能经济发展角度来看，理论比例和实际应用之间的巨大差距，意味着新的经济增长点。这也是世界各国抢占生物制造科技制高点的原因所在。
2022年12月15日，习近平总书记在中央经济工作会议上的重要讲话中指出：“要加快新能源、人工智能、生物制造、绿色低碳、量子计算等前沿技术研发和应用推广，支持专精特新企业发展。”生物制造作为全球新一轮科技革命和产业变革的战略制高点之一，正在改变物质生产方式，实现生产原料、制造工程、产品性质的重大革新，因此被视为制造领域一次新的“工业革命”。《“十四五”生物经济发展规划》也明确将生物制造作为生物经济战略性新兴产业发展方向。
革新生产方式，助力绿色低碳可持续发展
生物制造是利用生物组织或生物体（酶、微生物细胞等）进行物质加工，生产各种人类所需产品的先进物质转化工业模式。相比于传统制造方式，生物制造在生产原料、加工工艺等方面另辟蹊径。加快化工、医疗、材料、轻工等重要工业产品制造与生物技术深度融合，将推动经济发展向绿色低碳可持续发展模式转型。概括地讲，生物制造主要有三方面革新。
一是革新生产原料。以往的工业体系以石油炼制等为基础，依赖化石资源作为起始原料。随着人类需求不断增长，大量使用化石资源会对气候、海洋、土壤、生物多样性等产生负面影响，最终威胁人类生存发展。为解决这些问题，生物制造以糖、淀粉、木质纤维素等可持续再生原料，合成各种能源燃料、大宗化学品、材料、药物等产品，部分取代了依赖化石资源的能源和化学品生产。为进一步降低原料成本，助力实现“双碳”目标，生物制造领域的科研工作者正在不懈探索。比如，以成本较低的一碳化合物（二氧化碳、一氧化碳、甲烷、甲醇、甲酸等）为原料，在实验室中合成淀粉、蛋白质等。随着生物制造技术不断发展，将有可能以空气、水等绿色环保又易于获得的物质为原料，生产人类生活所需的各种物质。
二是革新物质加工工艺。不同于传统的物质加工过程，生物制造通过对生物系统进行改造，在温和条件下以绿色低碳的方式生产化学品。这样，既可以减少化学废料和二氧化碳排放，又可以大大降低能源消耗，提高产品质量。比如用于水净化处理、纸浆加工和管道内涂层的大宗有机化工原料丙烯酰胺、用于治疗高胆固醇血症的降脂药阿托伐他汀钙等，就实现了从化学制造到生物制造的跨越，产品质量大幅提高，制造过程中污染物明显减少，能耗显著降低。另外，已有相当一部分燃料通过生物制造得以生产。如以木质纤维素为原料，通过生物发酵大规模生产的燃料乙醇，具有清洁、可再生等特点，能够降低汽车尾气中的一氧化碳和碳氢化合物含量，有助于减缓全球气候变化，对能源安全和可持续发展具有重要意义。
三是革新人类生活方式。不断发展的生物制造，将带领人们走向更加健康、环保、可持续的生活方式。生物制造可以用来制造可持续材料，如生物塑料和生物纤维；可以用于生产个性化的医疗产品，根据患者的特定需求和遗传背景进行定制，提高治疗效果；可以用于清除污染物和降解有害物质，减少废水和废弃物对环境的污染。在食品领域，利用生物制造技术生产营养价值更高、负面作用更少的肉、蛋、奶、油等食品，既有利于人体健康，又可以减少耕地面积占用和温室气体排放。
全方位服务生产生活，构建发展新动能
我们生产生活的方方面面，都是生物制造大显身手的天地。理论上，全球一半以上的重要化学品可以用生物制造方法获得，但目前真正实现生物制造的产品仅占很小一部分。从技术赋能经济发展角度来看，理论比例和实际应用之间的巨大差距，意味着新的经济增长点。这也是世界各国抢占生物制造科技制高点的原因所在。对消费者来说，生物制造几乎可以在衣食住行等各方面“承包”我们的生活，并为我们的生命健康提供科技保障。
医药是生物制造应用的重点领域之一。青霉素的发现和利用，就是生物制造技术造福人类的典型案例。科学家偶然发现青绿色霉菌具有抑制细菌生长的能力，此后，通过青霉素高产菌的筛选与分离、发酵技术的改善和发酵工艺流程的改进等一系列技术创新，最终实现青霉素的规模化批量生产，挽救了无数生命、延长了人类寿命。用于治疗糖尿病的药物阿卡波糖，运用微生物菌种选育、发酵过程优化调控、产物分离纯化和杂质控制等生物制造技术，产品质量得到提高，成本大大降低，惠及广大患者。在医药行业的前沿——“手性”医药化学品有机合成领域，利用生物制造相关合成元件，实现高选择性合成具有突出优势，药效高、副作用小。此外，借助经典的代谢工程策略以及高效的基因编辑技术，可以在酿酒酵母、大肠杆菌中实现青蒿素和维生素等的从头合成，这种方法合成效率高，是未来高附加值大健康类化学品合成的发展方向。
在农业领域，生物制造已被广泛应用于生物农药、生物肥料、生物饲料、动物疫苗及兽药研发与生产。上世纪60年代，纹枯病是我国水稻第一大病，严重威胁国家粮食生产安全。上世纪70年代初，科研工作者在井冈山筛选获得吸水链霉菌井冈变种，并以生物制造的方法，实现了井冈霉素的规模化生产。于是，特效微生物农药井冈霉素问世，由此开启了我国农药生物工业进程。井冈霉素成为目前使用面积广、价格低廉，对人畜安全的理想无公害农药，为我国水稻的稳定高产做出了贡献。又如广谱触杀型灭生性除草剂L—草铵膦，具有活性高、安全性好、持效期长、保持水土等优势。随着酶改造技术、生物催化与转化技术等生物制造技术的不断进步，我国科研工作者通过合成生物学技术，编辑关键酶合成基因、构建细胞工厂、强化体内外合成效率等生物制造技术，实现这种除草剂的万吨级高效生产，为农药“减量增效”提供有力保障。
在环境治理与保护方面，尤其在大气、水、土壤等污染防治中，生物制造也发挥着巨大作用。相较于膜处理、化学脱毒等传统处理工艺，利用功能型微生物（如芽孢杆菌）的快速生长及分解代谢能力，并通过功能菌群中多细胞的协同配合，能够更有效实现水体脱氮除磷、重金属土壤修复、固体废物利用与处置。借助人工多细胞体系，生物制造可以实现餐厨垃圾快速原位降解，解决垃圾转运的高费用以及异味排放等“痛点”。未来，利用生物制造技术生产的复合菌剂，有望在一个个简易发酵罐中，将废物转化为有机肥料和基础化工原材料，实现垃圾的无害化、减量化以及资源化。
科技服务美好生活。在医药、农业、食品、化工、材料、能源等各领域，生物制造前景广阔，能为解决能源、气候与环境问题、实现绿色低碳可持续发展提供强有力的科技支撑。随着相关技术发展，生物制造还将给我们带来更多惊喜，在更多维度革新生产生活方式，为中国式现代化贡献科技力量。
（作者为中国工程院院士、浙江工业大学教授）
推荐读物
《生物经济：一个革命性时代的到来》：李斌主编；中国民主法制出版社出版。
《生物产业发展战略研究（2035）》：谭天伟等著；科学出版社出版。
《浙江省生物制造产业发展报告》：郑裕国、金利群主编；化学工业出版社出版。
