Potresti sentirti sconosciuto quando si tratta di PHA.
Ma se ti dico che il PHA ha iniziato ad essere utilizzato in molti campi come stoviglie, imballaggi alimentari, stampa 3D, fibre tessili, dispositivi medici, ecc., Sentirai che non è lontano dalle nostre vite.
"Il PHA è una famiglia di materiali di poliidrossialcanoate, che è un nuovo materiale coltivato dalle cellule. È completamente degradabile di natura ed è non tossico e innocuo." Chen Guoqiang, professore della School of Life Sciences presso l'Università di Tsinghua e direttore del Center for Syntetic and Systems Biology, lo ha introdotto in questo modo quando è stato intervistato da un giornalista di Science and Technology Daily.
Già 30 anni fa, Chen Guoqiang ha stabilito che il PHA era la direzione dei futuri materiali verdi e ha intrapreso la ricerca e lo sviluppo del PHA di biomandazione senza esitazione. "Questo è un processo di tentativi ed errori continui. Abbiamo colpito il muro ancora e ancora, e siamo passati ancora e ancora." Ha detto.
Risolvi il dolore della "contaminazione batterica"
Al fine di ridurre l'uso di materie plastiche a base di petrolio ed evitare di causare un maggiore inquinamento bianco, i ricercatori hanno cercato materiali alternativi degradabili. La biomanaufacturing è uno dei percorsi di produzione riconosciuti di materiali alternativi.
"La biomanaufacturing, come suggerisce il nome, è di riprogettare e trasformare gli organismi per ottenere cellule di telaio con prestazioni eccellenti e quindi utilizzare queste cellule come fabbriche per produrre vari materiali necessari per l'uomo." Chen Guoqiang ha detto ai giornalisti.
Tra molti biomateriali, il PHA presenta i vantaggi della biocompatibilità, della termoplasticità e della degradabilità. Sulla base dell'esplorazione e della pratica dei precedenti anni, nel 1994, Chen Guoqiang, che aveva completato la ricerca post -dottorato all'estero, venne all'Università di Tsinghua per formare un team e concentrarsi sullo studio di come raggiungere la produzione di massa del PHA.
"In laboratorio, molti problemi non sono facili da esporre. In fabbrica, una volta ampliata la scala, tutti i problemi arriveranno." Chen Guoqiang ha scoperto che il primo problema era la "contaminazione" - nel processo di coltivazione di cellule microbiche, altri funghi e microrganismi crescono con loro.
Una volta che le cellule microbiche sono "contaminate", l'intero processo di fermentazione deve ricominciare tutto da capo, con enormi perdite. Al fine di impedire che le cellule vengano infettate, è necessario eseguire un funzionamento asettico rigoroso, che richiede attrezzature e personale e ha un elevato consumo di energia.
"Abbiamo provato molti tipi di microrganismi, ma non abbiamo potuto risolvere questo problema." Chen Guoqiang ha ricordato che per caso, pensava a microrganismi estremi.
I microrganismi estremi generalmente crescono in ambienti estremi in cui i microrganismi ordinari trovano difficile sopravvivere e non sono facilmente infettati da altri microrganismi. Con esso, il processo di produzione di PHA può essere relativamente aperto, senza la necessità di operazioni di sterilizzazione complesse e ingombranti.
Quindi Chen Guoqiang ha rivolto la sua attenzione ai microrganismi alofili che sono difficili da "contaminare".
Sfortunatamente, i membri del team hanno cercato in molti luoghi, ma tutti sono tornati invano. Non è stato fino al 2006 che hanno finalmente isolato una deformazione sia con la tolleranza al sale che con le caratteristiche di crescita rapida da un campione di terreno recuperato da un lago salato con una bassa latitudine, una grande differenza di temperatura tra giorno e notte e più alta salinità rispetto all'acqua di mare. Questo è i batteri alofili.
Costruire le basi del "telaio"
Con la giusta tensione, la costruzione di cellule di telaio è diventata la chiave per raggiungere la biomandazione.
"Le cellule del telaio possono convertire biomassa rinnovabile come glucosio, amido e olio vegetale durante il processo di fermentazione." Chen Guoqiang ha dichiarato: "Sono come macchine in una fabbrica, che può produrre continuamente i materiali polimerici di cui abbiamo bisogno".
Per ottenere le cellule del telaio, i geni dei batteri alofili devono essere smontati e assemblati. Seguiti nuovi problemi: gli alfili sono troppo speciali e mancano di strumenti di manipolazione molecolare pronti.
"I" bisturi molecolari ", i" aghi della sutura molecolare "e i" trasportatori molecolari "sono tutti strumenti necessari." Chen Guoqiang ha spiegato: "Sono responsabili del taglio, della ricombinazione e del trasporto rispettivamente dei geni microbici".
Senza strumenti, gli alfili sono come una "scatola nera" che può essere vista ma non utilizzata.
I vettori di plasmidi sono comunemente usati "trasportatori molecolari" che sono responsabili dell'introduzione di geni ricombinati nelle cellule riceventi. "Questo solo strumento ha consumato molta delle nostre energie." Chen Guoqiang ha detto ai giornalisti che il team ha provato centinaia di plasmidi esistenti, ma nessuno di loro ha avuto successo.
Cosa fare? Espandi solo l'ambito e trova nuovi plasmidi. Dopo gli sforzi incessanti, tutti hanno proiettato più di 200 plasmidi con potenziale, li hanno testati uno per uno e infine ha inaugurato un punto di svolta: 3 possono essere usati 3!
Con i plasmidi, è stata aperta la "scatola nera" di modifica genetica microbica.
Su questa base, il team ha sviluppato una serie di strumenti per l'editing genico, la regolazione metabolica e l'ottimizzazione della rete, che possono modificare e regolare le prestazioni delle cellule del telaio da diversi livelli.
Il team di ricerca e sviluppo ha impiegato ben dieci anni per sviluppare strumenti di manipolazione molecolare. "Questo processo è molto doloroso." Chen Guoqiang ha ammesso che il segreto del successo è fede e persistenza.
Infine, le cellule del telaio sono state costruite dalla squadra.
"Il prossimo passo è la verifica della produzione. Abbiamo trascorso altri sette o otto anni per superare le difficoltà del miglioramento del processo di fermentazione, la trasformazione della morfologia batterica, la separazione e l'estrazione dei materiali e abbiamo attraversato l'amplificazione industriale" Death Valley ". Wu Fuqing, membro del team e membro del team e membro del team e un membro del team e un membro del team e un membro del team e un membro del team e un membro del team Introduzione del ricercatore associato presso la School of Life Sciences dell'Università di Tsinghua.
Passando sulla strada della "trasformazione"
Durante l'amplificazione industriale, nel 2018, Chen Guoqiang ha proposto per la prima volta "biotecnologia industriale di prossima generazione" a livello internazionale ed è stato verificato in "prove su piccola scala", "prove pilota" e produzione su larga scala.
Ma ciò non significa che questa tecnologia possa essere riconosciuta dalle imprese. Il team deve affrontare una nuova trasformazione di livello dei risultati.
"" La biotecnologia industriale di prossima generazione "utilizza un sistema di fermentazione continua che non richiede la sterilizzazione per la produzione. Ha i vantaggi di apertura, alta efficienza, basso consumo di energia e conservazione dell'acqua. È una versione 2.0 aggiornata della tradizionale tecnologia di biomana." Wu Fuqing ha affermato che queste caratteristiche sovversive hanno preoccupato le società di fermentazione tradizionali.
"È sempre stato rigorosamente sigillato e sterilizzato ad alta temperatura. Hai detto che non ne hai bisogno, quindi non ne hai bisogno?" Alcune aziende pensano persino che il team di ricerca e sviluppo stia "scherzando".
Dopo diversi colpi di scena, il team ha finalmente trovato una grande società di fermentazione disposta a provare. Al fine di dissipare le preoccupazioni dell'altra parte, il test di fermentazione è stato effettuato in loco.
200 serbatoio di fermentazione cubica, il primo test, successo!
L'ingegnere dell'altra parte sospettava: esiste un fattore di "fortuna"? Quindi riprova, ci riuscirà comunque! La cooperazione è stata raggiunta con successo.
Nel 2021, la trasformazione dei risultati è stata istituita la trasformazione dei risultati che è stata stabilita Weiguochang Biotechnology Co., Ltd. (di seguito denominata "Weiguochang") e l'industrializzazione è entrata nella corsia veloce.
"Dopo l'istituzione della Società, sotto la guida del mercato, il progresso della ricerca scientifica di laboratorio è stato accelerato." Ouyang Pengfei, vicepresidente di Weiguochang, ha dichiarato: "In passato, i ceppi hanno avuto tre generazioni in 9 anni; negli ultimi anni sono stati iterati tre generazioni in un anno; quest'anno, si prevede che vengano iterate da 4 a 5 generazioni. "
L'iterazione ha dato alle tensioni migliori prestazioni e ha gettato una base più solida per l'industrializzazione.
Una linea dimostrativa di produzione intelligente con una produzione annuale di 1.000 tonnellate è stata costruita a Shunyi, Pechino e una base di produzione con una produzione annuale di 30.000 tonnellate è stata istituita a Yichang, Hubei ... "Abbiamo anche unito a Chuan Ning Biotecnologia per promuovere l'applicazione dell'industria PHA di livello medico e costruire una "fabbrica di faro" a Hefei, Anhui per esplorare vari scenari di applicazione ". Pengfei di Ouyang introdotto.
Nel 2023, basato sullo sviluppo e l'utilizzo dei batteri alofili e sul contributo di "biotecnologia industriale di prossima generazione" all'industria, l'International Society for Metabolic Engineering ha assegnato a Chen Guoqiang il "International Metabolic Engineering Award". Oggi, le tecnologie correlate sono state ampiamente utilizzate nella produzione aperta di biomanufacturing.
Alla conferenza nazionale di scienze e tecnologie di recente, la National Science and Technology Awards Conference e la conferenza degli accademici dei due accademie, il segretario generale Xi Jinping ha sottolineato che dobbiamo mirare alle altezze comandanti della scienza e dello sviluppo industriale futuro, Accelerare l'innovazione scientifica e tecnologica nei settori della tecnologia dell'informazione di nuova generazione, dell'intelligenza artificiale, della tecnologia quantistica, della biotecnologia, della nuova energia e dei nuovi materiali e coltivare e sviluppare industrie emergenti e industrie future.
Guardando al futuro, Chen Guoqiang è pieno di fiducia: "Promuoveremo solidamente la profonda integrazione dell'innovazione scientifica e tecnologica e dell'innovazione industriale, continueremo a migliorare il livello di industrializzazione del PHA e contribuiremo alla realizzazione del mio paese del" doppio carbonio " Obiettivo e sviluppo verde! "