本刊记者 孙冰

多位接受本刊记者采访的专家认为，“十五五”期间，在国家战略引领、技术突破赋能、市场需求拉动等多重因素驱动下，生物制造这个万亿级赛道将迎来全面提速的黄金发展期。

AI重塑研发和产业全流程

“AI正在彻底重塑生物制造‘设计—研发—生产—迭代’全流程，推动行业从传统经验试错的作坊式发酵，转向数据驱动、精准可控的智能生物智造，释放巨大产业新空间。”康振说。

康振概括了三个重要场景：一是在智能菌株与分子设计环节，依托AI生物大模型快速设计、优化酶蛋白与代谢通路，定向合成高价值功能分子；二是在大规模智能发酵生产环节，通过AI实时感知、动态调控发酵全过程参数，解决小试到量产“稳定性差”“成本偏高”的行业痛点；三是在低碳负碳生物合成环节，AI精算出最优的原料利用路线和能耗方案。

曹辉的总结类似，他以菌种设计环节为例，过去研发是典型的试错模式，一条路不行就再换一条路。但现在不同了，是计算驱动。从原料葡萄糖到产物，中间应该走哪些代谢途径、每条路线的理论产率是多少、哪些酶需要强化、哪些路径需要截断……AI都能很好地给你建议，而且数据越多，AI的建议越准。

“将AI的数据模拟的‘干实验’与实验室真实进行的‘湿实验’结合之后，成功率和完成效率大幅提升。过去构建一个菌种可能动辄要10年的研发时间，但现在已经缩短到1—2年。”曹辉说。

而在“细胞工厂”工艺流程优化上，AI同样在大显身手。王华平说，通过AI优化发酵过程、分离纯化过程，结合智能控制，会让转化效率越来越接近理论值。这也是我国能够在规模化生产方面形成国际比较优势的原因。

“工业和信息化部正在推进‘AI+制造’，建立数据集和大模型，将上下游全部打通联系起来。如果能把从菌种到材料到应用的全链条数据打通，中国甚至可以创造出原始创新的新材料和新体系。”王华平说。

值得一提的是，当AI与生物制造深度融合，数据就会有更大的价值。刘树文说，微生物最大的优势是能高通量地产生高质量数据，一个细胞就代表一个数据点。如果能建立高通量产生高质量数据的方法，就能推进“数据+AI”的全新范式。

北京化工大学生命科学与技术学院实验室，“摇瓶子”的机械臂。

“AI大脑”控制着生物制造的各个环节流程

国家先进功能纤维创新中心展厅 本刊记者 孙冰I摄

“变废为宝”与“溢出效应”

AI加快了技术迭代的速度，但生物制造还有一个更根本的问题需要回答：应该让“细胞工厂”吃什么原料？

据专家介绍，生物制造的原料正在不断演进。一代原料是玉米等粮食作物。这是当前的主流，便宜、效率最高。虽然目前我国玉米作为生物制造原料用途的占比约为20%，供给是充足的，但也引发了“与人争粮”的担忧。

二代原料是秸秆等农林废弃物。转化效率低于粮食，收集、储运等成本更高，技术难题也尚待进一步突破，但产业化已经在快速推进。

中国一年至少有7亿—8亿吨秸秆可以利用，国内的研究者们就在重点突破秸秆的利用技术。

“秸秆有三个组分，各占30%：纤维素（六碳糖，就是葡萄糖）、半纤维素（五碳糖，主要是木糖），还有木质素。纤维素和半纤维素水解出来让微生物吃掉，技术用得相对较好。至于木质素，微生物基本上吃不动它，我们现在正想办法把这个东西用起来。”曹辉说。

三代原料是甲醇、乙酸等化工副产物或一碳化合物。而终极的目标，则是直接使用大气中的二氧化碳。

曹辉说，钢铁厂炼钢时产生的工业尾气，经过乙醇梭菌的代谢转化，可以变成粗蛋白含量超过80%的鱼饲料蛋白，这样的工艺已经在几家钢企规模化应用。

还有更“炸裂”的。2021年，中国科学院天津工业生物技术研究所宣布，在国际上首次实现二氧化碳到淀粉的人工全合成，实现了从无机物中创造有机物的突破。

记者了解到，这项技术已经在实验室条件下被证明是成功的，但距离真正工业化还有一定距离。目前，科学家们正在努力打通最后的技术壁垒。

“如果从二氧化碳到燃料，再到材料这条路走通了，那么以后就再也不用挖石油了，也不用种那么多粮食了。再配备上核聚变或者太空太阳能这种无穷无尽的能源，那人类就会进入一个全新的世界了。”曹辉大胆畅想。

更为重要的是，生物制造不仅是一个产业，在更宏观的尺度上，生物制造正在重塑的是人类获取能源和材料的方式，其价值会“溢出”到千行百业。

康振认为，从产业维度看，生物制造将覆盖超三分之二制造业。生物制造已经初步渗透到化工、材料、食品、医药、轻工、纺织、农业等行业，业内测算六成以上工业产品可改用生物路线生产。

随着国家战略的持续加码和技术突破的加速兑现，生物制造将成为重塑制造业底层逻辑的核心力量。

王华平认为，中国在生物制造领域的核心优势，可以用“新三样”的逻辑来类比。虽然我们在源头技术突破上仍有差距，但我们可以利用整个制造链和产业链的完整优势，实现规模化量产，最终形成全球竞争力。

“中国在生物制造的工程化和产业化方面具有非常强的优势。更重要的是产业配套优势，生物基材料生产出来后，后续的聚合、纺丝、织造等加工体系，与原有的石化基设备基本兼容复用。这是中国制造业作为‘世界工厂’积累下来的巨大资产。”王华平说。

另外一个优势是中国的能源优势。王华平认为，如果能将清洁能源与生物制造耦合，将太阳能、风能融入生物制造过程，使用秸秆和二氧化碳作为原料，将新能源系统与生物制造体系融合，就有可能建立一个真正可持续的、从资源到产品的完整体系。

生物制造并非简单的产能扩张或经济增长故事，而是‌生产方式的根本性变革‌。中国工程院院士、北京化工大学校长谭天伟认为，这场生物制造带来的产业变革，深度和广度或将超越数字技术带来的改变。

总之，生物制造的故事正发生在人类文明寻找能源与材料新路径的宏大叙事中，也暗藏在我们每个人的衣食住行医的生活里。这或许就是生物制造最让人期待之处：可以是未来科技的星辰大海，也可以是百姓生活的烟火日常。