本刊记者 孙冰

为什么霍尔木兹海峡的“蝴蝶翅膀”扇动，会让几乎每个人都能感受到？

能源和材料是商品的起点，牵一发而动全身。石油的价格不仅是随着加油枪跳动的数字，还关系着你餐桌上的肉蛋奶粮、身上穿的衣服、每天都要使用的塑料制品。因为生产它们所使用的饲料、化肥、原料都要依赖石化基材料。

作为“工业血液”，石油滋养了人类社会的现代文明，但也暗藏着代价与隐忧：这个逻辑真的可以无限期延续吗？现实挑战就在眼前：资源能源短缺，粮食安全失去保障、生物多样性受到威胁……“老路”正在变窄，这意味着“新路”需要探索加速。

北京化工大学生命科学与技术学院党委书记、教授曹辉告诉本刊记者，生物制造之所以重要，是因为它与“双碳”目标完全契合，因为人类需要用新的方式解决能源和材料问题。

“我们现在用的塑料瓶、穿的衣服，大多是用石油制成的。这个过程相当于把地下封存的碳挖出来，然后变成二氧化碳排到大气中。而生物制造的原料来源于植物通过光合作用固定大气中的二氧化碳，我们把这些物质加工成产品和燃料，然后消耗掉之后再将碳排出去，这一进一出就是一个低碳甚至负碳的循环。”曹辉说。

“生物制造主要有两大发展方向：一是替代化学合成，二是替代动植物组织提取。化学合成经济性好，但环境不友好，动植物提取则常常成本高昂或不易得。”中国科学院微生物研究所项目研究员刘树文告诉本刊记者，“这就是我们希望把更多制造从化工厂搬到‘细胞工厂’，变成生物制造的重要原因。”

北京化工大学生命科学与技术学院实验室

中国科学院微生物研究所实验室

华熙生物生产的核苷酸  本刊记者 孙冰I摄

发酵罐里的“细胞工厂”

无论是采访大学和科研机构的实验室，还是生物制造中试平台和生产基地，记者看到最多的就是大大小小的发酵罐，罐子里面则是不计其数的“细胞工厂”。是的，科学家已经让每个细胞都变身为拥有流水线的“小小工厂”。

“简单来说，生物制造就是通过生物体来实现加工制造的过程。它主要利用微生物（如细菌、酵母、动植物细胞等），通过酶（蛋白质）催化其自身的生理代谢，让它们‘吃下’原料，代谢出人们需要的物质，并通过工程化技术进行规模化生产。”曹辉说，这就是发酵罐里“造物”过程。

细胞自身的新陈代谢，是大自然的精妙设计。但对于“细胞工厂”来说，常常还是“不够好”。

“微生物其实是很‘懒’的，自然代谢效率并不高。我们必须改造它们，让原本‘躺在舒适圈里不干活’的天然菌种变成一台高效生产特定产出物的‘活体工厂’，而且尽可能地让它们‘吃得少、干得多还不休息’。”刘树文说。

把微生物变成“细胞工厂”需要几步？这个看似“简单”的问题，科学家们其实走了很多年。

据介绍，一开始科学家是在自然界中去寻找和筛选适配的天然菌种，但这堪比大海捞针。而现在科学家们则是用合成生物学、基因技术等，像重新排布电路板一样设计编辑微生物的代谢网络，以打造理想的“细胞工厂”。

这个改造菌种的过程并不容易。刘树文以维生素B5为例，他和团队先后经历了七八十轮“设计—编辑—测试—反馈”的循环，才最终得到了理想的菌株。目前，中国科学院微生物研究所团队研发的一步发酵法生产维生素B5已经建成全球首套工业生产线。

“以前的化工路线获得维生素B5需要用到氰化物，会产生剧毒含氰废水，还有高温高压，容易爆炸。但生物制造的反应条件则非常温和，目前成本已与化学合成基本持平。”刘树文说。

“细胞工厂”的颠覆力

如果说生物制造替代化学合成，比拼的是谁更便宜、谁更绿色，那在替代动植物组织提取时，生物制造的表现则堪称“颠覆性”。

“只要生物制造的方式走通，就会把各种东西变得很便宜，甚至直接干成‘白菜价’，可能立即颠覆一个产业。”曹辉给记者列出了透明质酸、氨糖、青蒿素、番茄红素、叶黄素……许多正在发生的案例。

以透明质酸为例，这一物质曾被称为“软黄金”，因为靠动物提取方式，一克的价格比黄金还贵。但华熙生物等中国企业通过微生物发酵生产之后，透明质酸现在已经变成了“白菜价”，老百姓都能用得起。

再比如氨糖，这是膝关节保健品的重要原料。以前是用虾蟹壳打碎之后的虾壳粉加浓盐酸进行降解提取，成本高，废酸污染严重。国内企业成功开发微生物发酵法，生产成本降至传统提取工艺的四分之一。依托技术优势，我国氨糖原料出口量占据全球市场 60%—70%。

再看青蒿素，这是中国屠呦呦团队发现的抗疟疾药物。中国种植青蒿，提取并出口青蒿素。但美国科学家用合成生物学合成了青蒿素的前体青蒿酸，颠覆了原有的提取工艺，迅速抢占了市场。

“这是典型的‘发现不等于拥有’。原创的科学发现如果不能在产业端守住，市场就会被别人拿走。比如，虽然氨糖原料粉的产量我们遥遥领先，但消费者真正购买的氨糖胶囊产品，却还是国外品牌更多。这当然有很多方面的因素。”曹辉说。

曹辉透露，现在氨基酸、维生素、功能糖等高价值赛道变化非常大。“像最近很火的‘减肥神药’司美格鲁肽，最早是提取自吉拉毒蜥，现在则是用微生物发酵生产，不仅成本低，而且作用时间长。这一个产品就是一年几百亿美元的市场规模。”他说。