Anda mungkin merasa tidak terbiasa dalam hal PHA.
Tetapi jika saya memberi tahu Anda bahwa PHA telah mulai digunakan di banyak bidang seperti peralatan makan, kemasan makanan, pencetakan 3D, serat tekstil, perangkat medis, dll., Anda akan merasa bahwa itu tidak jauh dari kehidupan kita.
"PHA adalah keluarga bahan polyhydroxyalkanoate, yang merupakan bahan baru yang ditanam dari sel. Ini benar-benar terdegradasi di alam dan tidak beracun dan tidak berbahaya." Chen Guoqiang, Profesor Sekolah Ilmu Kehidupan di Universitas Tsinghua dan Direktur Pusat Biologi Sintetis dan Sistem, memperkenalkannya dengan cara ini ketika ia diwawancarai oleh seorang reporter dari sains dan teknologi harian.
Pada awal 30 tahun yang lalu, Chen Guoqiang menentukan bahwa PHA adalah arah bahan hijau di masa depan dan memulai penelitian dan pengembangan PHA biomanufaktur tanpa ragu -ragu. "Ini adalah proses percobaan dan kesalahan yang berkelanjutan. Kami menabrak dinding lagi dan lagi, dan menerobos lagi dan lagi." Katanya.
Memecahkan rasa sakit "kontaminasi bakteri"
Untuk mengurangi penggunaan plastik berbasis minyak bumi dan menghindari menyebabkan lebih banyak polusi putih, para peneliti telah mencari bahan-bahan alternatif yang terdegradasi. Biomanufacturing adalah salah satu jalur produksi yang diakui dari bahan alternatif.
"Biomanufacturing, seperti namanya, adalah untuk mendesain ulang dan mengubah organisme untuk mendapatkan sel sasis dengan kinerja yang sangat baik, dan kemudian menggunakan sel -sel ini sebagai pabrik untuk menghasilkan berbagai bahan yang dibutuhkan oleh manusia." Chen Guoqiang mengatakan kepada wartawan.
Di antara banyak biomaterial, PHA memiliki keunggulan biokompatibilitas, termoplastisitas, dan degradabilitas. Berdasarkan eksplorasi dan praktik beberapa tahun sebelumnya, pada tahun 1994, Chen Guoqiang, yang telah menyelesaikan penelitian postdoctoral di luar negeri, datang ke Universitas Tsinghua untuk membentuk tim dan berkonsentrasi mempelajari cara mencapai produksi massal PHA.
"Di laboratorium, banyak masalah tidak mudah diekspos. Di pabrik, setelah skala diperbesar, semua masalah akan datang." Chen Guoqiang menemukan bahwa masalah pertama adalah "kontaminasi" - dalam proses menumbuhkan sel mikroba, jamur dan mikroorganisme lainnya akan tumbuh bersama mereka.
Setelah sel -sel mikroba "terkontaminasi", seluruh proses fermentasi harus dimulai dari awal lagi, dengan kerugian besar. Untuk mencegah sel -sel terinfeksi, operasi aseptik yang ketat harus dilakukan, yang menuntut peralatan dan personel, dan memiliki konsumsi energi yang tinggi.
"Kami mencoba banyak jenis mikroorganisme, tetapi kami tidak bisa menyelesaikan masalah ini." Chen Guoqiang ingat secara kebetulan, dia memikirkan mikroorganisme yang ekstrem.
Mikroorganisme ekstrem umumnya tumbuh di lingkungan ekstrem di mana mikroorganisme biasa merasa sulit untuk bertahan hidup, dan tidak mudah terinfeksi oleh mikroorganisme lain. Dengan itu, proses produksi PHA dapat relatif terbuka, tanpa perlu operasi sterilisasi yang rumit dan rumit.
Jadi Chen Guoqiang mengalihkan perhatiannya pada mikroorganisme halofilik yang sulit untuk "mencemari".
Sayangnya, anggota tim mencari di banyak tempat, tetapi semua kembali sia -sia. Baru pada tahun 2006 mereka akhirnya mengisolasi strain dengan toleransi garam dan karakteristik pertumbuhan yang cepat dari sampel tanah yang diambil dari danau garam dengan garis lintang rendah, perbedaan suhu yang besar antara siang dan malam, dan salinitas yang lebih tinggi daripada air laut. Ini adalah bakteri halofilik.
Membangun fondasi "sasis"
Dengan strain yang tepat, membangun sel sasis telah menjadi kunci untuk mencapai biomanufaktur.
"Sel -sel sasis dapat mengubah biomassa terbarukan seperti glukosa, pati, dan minyak nabati menjadi PHA selama proses fermentasi." Chen Guoqiang berkata, "Mereka seperti mesin di pabrik, yang secara terus -menerus dapat menghasilkan bahan polimer yang kita butuhkan."
Untuk mendapatkan sel sasis, gen bakteri halofilik harus dibongkar dan dirakit. Masalah baru diikuti - halofil terlalu istimewa dan tidak memiliki alat manipulasi molekuler yang sudah jadi.
"'Paling pisau bedah molekuler', 'jarum jahitan molekul' dan 'pengangkut molekuler' adalah semua alat yang diperlukan." Chen Guoqiang menjelaskan, "Mereka bertanggung jawab untuk memotong, menggabungkan kembali dan mengangkut gen mikroba masing -masing."
Tanpa alat, halofil seperti "kotak hitam" yang dapat dilihat tetapi tidak digunakan.
Vektor plasmid umumnya digunakan "pengangkut molekuler" yang bertanggung jawab untuk memperkenalkan gen rekombinasi ke dalam sel penerima. "Alat ini sendiri telah menghabiskan banyak energi kita." Chen Guoqiang mengatakan kepada wartawan bahwa tim telah mencoba ratusan plasmid yang ada, tetapi tidak ada dari mereka yang berhasil.
Apa yang harus dilakukan? Hanya memperluas ruang lingkup dan temukan plasmid baru. Setelah upaya yang tak henti -hentinya, semua orang menyaring lebih dari 200 plasmid dengan potensial, mengujinya satu per satu, dan akhirnya mengantarkan titik balik - 3 dari mereka dapat digunakan!
Dengan plasmid, "kotak hitam" dari modifikasi genetik mikroba telah dibuka.
Atas dasar ini, tim telah mengembangkan serangkaian alat untuk pengeditan gen, regulasi metabolisme, dan optimasi jaringan, yang dapat memodifikasi dan mengatur kinerja sel sasis dari berbagai tingkat.
Butuh tim R&D sepuluh tahun penuh untuk mengembangkan alat manipulasi molekuler. "Proses ini sangat menyakitkan." Chen Guoqiang mengakui bahwa rahasia kesuksesan adalah iman dan kegigihan.
Akhirnya, sel -sel sasis dibangun oleh tim.
"Langkah selanjutnya adalah verifikasi produksi. Kami menghabiskan tujuh atau delapan tahun lagi untuk mengatasi kesulitan peningkatan proses fermentasi, transformasi morfologi bakteri, pemisahan dan ekstraksi material, dan melintasi amplifikasi industri" Lembah Kematian. " Associate Peneliti di Sekolah Ilmu Kehidupan Universitas Tsinghua, diperkenalkan.
Melangkah di jalan "transformasi"
Selama amplifikasi industri, pada tahun 2018, Chen Guoqiang pertama kali mengusulkan "bioteknologi industri generasi berikutnya" secara internasional, dan diverifikasi dalam "uji coba skala kecil", "uji coba percontohan" dan produksi skala besar.
Tetapi ini tidak berarti bahwa teknologi ini dapat dikenali oleh perusahaan. Tim menghadapi transformasi tingkat baru hasil.
"'Bioteknologi Industri Generasi Berikutnya' menggunakan sistem fermentasi kontinu yang tidak memerlukan sterilisasi untuk produksi. Ini memiliki keunggulan terbuka, efisiensi tinggi, konsumsi energi rendah dan konservasi air. Ini adalah versi 2.0 yang ditingkatkan dari teknologi biomanfufaktur tradisional." Wu Fuqing mengatakan bahwa karakteristik subversif ini telah membuat perusahaan fermentasi tradisional khawatir.
"Itu selalu disegel secara ketat dan disterilkan pada suhu tinggi. Kamu bilang kamu tidak membutuhkannya, jadi kamu tidak membutuhkannya?" Beberapa perusahaan bahkan berpikir bahwa tim R&D "membodohi".
Setelah beberapa tikungan dan belokan, tim akhirnya menemukan perusahaan fermentasi besar yang bersedia mencoba. Untuk menghilangkan kekhawatiran pihak lain, tes fermentasi dilakukan di lokasi.
200 tangki fermentasi kubik, tes pertama, sukses!
Insinyur pihak lain mencurigai: apakah ada faktor "keberuntungan"? Kemudian coba lagi, itu masih akan berhasil! Kerja sama berhasil tercapai.
Pada tahun 2021, transformasi pencapaian perusahaan Weiguochang Biotechnology Co., Ltd. (selanjutnya disebut sebagai "Weiguochang") didirikan, dan industrialisasi memasuki jalur cepat.
"Setelah pendirian perusahaan, di bawah bimbingan pasar, kemajuan penelitian ilmiah laboratorium telah dipercepat." Ouyang Pengfei, wakil presiden Weiguochang, mengatakan, "Di masa lalu, ketegangan memiliki tiga generasi dalam 9 tahun; dalam beberapa tahun terakhir, mereka telah diulang tiga generasi dalam satu tahun; tahun ini, diharapkan akan diulangi 4 hingga 5 generasi. "
Iterasi telah memberikan strain kinerja yang lebih baik dan meletakkan dasar yang lebih solid untuk industrialisasi.
Jalur demonstrasi produksi yang cerdas dengan output tahunan 1.000 ton telah dibangun di Shunyi, Beijing, dan basis produksi dengan output tahunan 30.000 ton telah didirikan di Yichang, Hubei ... "Kami juga telah bergandengan tangan dengan Chuan Ning Bioteknologi untuk mempromosikan penerapan industri PHA tingkat medis dan membangun 'pabrik mercusuar' di Hefei, Anhui untuk mengeksplorasi berbagai skenario aplikasi. " Ouyang Pengfei diperkenalkan.
Pada tahun 2023, berdasarkan pengembangan dan pemanfaatan bakteri halofilik dan kontribusi "bioteknologi industri generasi berikutnya" kepada industri, Masyarakat Internasional untuk Teknik Metabolik yang diberikan Chen Guoqiang "Penghargaan Teknik Metabolik Internasional". Saat ini, teknologi terkait telah banyak digunakan dalam produksi terbuka biomanufaktur.
Pada Konferensi Sains dan Teknologi Nasional yang baru -baru ini diadakan, Konferensi Penghargaan Sains dan Teknologi Nasional, dan Konferensi Akademisi Kedua Akademi, Sekretaris Jenderal Xi Jinping menekankan bahwa kita harus bertujuan pada tingkat tinggi sains dan teknologi dan pengembangan industri di masa depan, Akselerasi inovasi ilmiah dan teknologi di bidang teknologi informasi generasi baru, kecerdasan buatan, teknologi kuantum, bioteknologi, energi baru, dan bahan -bahan baru, dan mengolah dan mengembangkan industri yang muncul dan industri masa depan.
Melihat ke masa depan, Chen Guoqiang penuh percaya diri: "Kami akan secara kokoh mempromosikan integrasi mendalam inovasi ilmiah dan teknologi dan inovasi industri, terus meningkatkan tingkat industrialisasi PHA, dan berkontribusi pada realisasi negara saya tentang" karbon ganda "" Tujuan dan Pengembangan Hijau! "