Anda mungkin merasa tidak dikenali ketika datang ke PHA.
Tetapi jika saya memberitahu anda bahawa PHA telah mula digunakan dalam banyak bidang seperti pinggan mangkuk, pembungkusan makanan, percetakan 3D, gentian tekstil, peranti perubatan, dan lain -lain, anda akan merasakan bahawa ia tidak jauh dari kehidupan kita.
"PHA adalah keluarga bahan polyhydroxyalkanoate, yang merupakan bahan baru yang ditanam dari sel-sel. Chen Guoqiang, profesor Sekolah Sains Hayat di Universiti Tsinghua dan pengarah Pusat Biologi Sintetik dan Sistem, memperkenalkannya dengan cara ini ketika dia ditemuramah oleh seorang wartawan dari Sains dan Teknologi setiap hari.
Seawal 30 tahun yang lalu, Chen Guoqiang memutuskan bahawa PHA adalah arah bahan -bahan hijau masa depan dan memulakan penyelidikan dan pembangunan PHA biomanufacturing tanpa ragu -ragu. "Ini adalah proses percubaan dan kesilapan yang berterusan. Kami memukul dinding lagi dan lagi, dan memecahkan lagi dan lagi." Katanya.
Selesaikan kesakitan "pencemaran bakteria"
Untuk mengurangkan penggunaan plastik berasaskan petroleum dan mengelakkan menyebabkan pencemaran lebih putih, para penyelidik telah mencari bahan alternatif yang degradasi. Biomanufacturing adalah salah satu laluan pengeluaran bahan alternatif yang diiktiraf.
"Biomanufacturing, seperti namanya, adalah untuk mengubah reka bentuk dan mengubah organisma untuk mendapatkan sel -sel casis dengan prestasi yang sangat baik, dan kemudian menggunakan sel -sel ini sebagai kilang untuk menghasilkan pelbagai bahan yang diperlukan oleh manusia." Chen Guoqiang memberitahu pemberita.
Di antara banyak biomaterial, PHA mempunyai kelebihan biokompatibiliti, thermoplasticity, dan degradability. Berdasarkan penerokaan dan amalan beberapa tahun sebelumnya, pada tahun 1994, Chen Guoqiang, yang telah menyelesaikan penyelidikan pasca doktoral di luar negara, datang ke Universiti Tsinghua untuk membentuk satu pasukan dan menumpukan perhatian untuk mengkaji bagaimana untuk mencapai pengeluaran besar -besaran PHA.
"Di makmal, banyak masalah tidak mudah didedahkan. Di kilang, apabila skala diperbesar, semua masalah akan datang." Chen Guoqiang mendapati bahawa masalah pertama adalah "pencemaran" - dalam proses memupuk sel -sel mikrob, kulat dan mikroorganisma lain akan tumbuh dengan mereka.
Sebaik sahaja sel -sel mikrob "tercemar", keseluruhan proses penapaian perlu bermula sekali lagi, dengan kerugian yang besar. Untuk mengelakkan sel -sel daripada dijangkiti, operasi aseptik yang ketat mesti dijalankan, yang menuntut peralatan dan kakitangan, dan mempunyai penggunaan tenaga yang tinggi.
"Kami mencuba pelbagai jenis mikroorganisma, tetapi kami tidak dapat menyelesaikan masalah ini." Chen Guoqiang teringat bahawa secara kebetulan, dia memikirkan mikroorganisma yang melampau.
Mikroorganisma yang melampau umumnya tumbuh dalam persekitaran yang melampau di mana mikroorganisma biasa mendapati sukar untuk bertahan, dan tidak mudah dijangkiti oleh mikroorganisma lain. Dengan itu, proses pengeluaran PHA boleh agak terbuka, tanpa memerlukan operasi pensterilan yang kompleks dan rumit.
Jadi Chen Guoqiang mengalihkan perhatiannya kepada mikroorganisma halofilik yang sukar untuk "mencemarkan".
Malangnya, ahli pasukan mencari di banyak tempat, tetapi semuanya kembali sia -sia. Tidak sampai tahun 2006, mereka akhirnya mengasingkan ketegangan dengan kedua -dua toleransi garam dan ciri -ciri pertumbuhan pesat dari sampel tanah yang diambil dari tasik garam dengan latitud yang rendah, perbezaan suhu yang besar antara siang dan malam, dan kemasinan yang lebih tinggi daripada air laut. Ini adalah bakteria halofilik.
Membina asas "casis"
Dengan ketegangan yang betul, membina sel -sel casis telah menjadi kunci untuk mencapai biomanufacturing.
"Sel -sel casis boleh menukar biomassa boleh diperbaharui seperti glukosa, kanji, dan minyak sayuran ke PHA semasa proses penapaian." Chen Guoqiang berkata, "Mereka seperti mesin di kilang, yang boleh terus menghasilkan bahan polimer yang kita perlukan."
Untuk mendapatkan sel -sel casis, gen bakteria halofilik mesti dibongkar dan dipasang. Masalah baru diikuti - Halophiles terlalu istimewa dan kekurangan alat manipulasi molekul siap sedia.
"'Scalpels molekul', 'jarum jahitan molekul' dan 'pengangkut molekul' adalah semua alat yang diperlukan." Chen Guoqiang menjelaskan, "Mereka bertanggungjawab untuk memotong, menggabungkan dan mengangkut gen mikrob masing -masing."
Tanpa alat, halofil adalah seperti "kotak hitam" yang dapat dilihat tetapi tidak digunakan.
Vektor plasmid biasanya digunakan "pengangkutan molekul" yang bertanggungjawab untuk memperkenalkan gen yang dikombinasikan ke dalam sel penerima. "Alat ini sahaja telah menggunakan banyak tenaga kita." Chen Guoqiang memberitahu pemberita bahawa pasukan itu telah mencuba beratus -ratus plasmid sedia ada, tetapi tidak seorang pun daripada mereka berjaya.
Apa yang perlu dilakukan? Hanya mengembangkan skop dan cari plasmid baru. Selepas usaha tanpa henti, semua orang menyaring lebih daripada 200 plasmid dengan potensi, menguji mereka satu demi satu, dan akhirnya diarahkan dalam titik perubahan - 3 daripadanya boleh digunakan!
Dengan plasmid, "kotak hitam" pengubahsuaian genetik mikrob telah dibuka.
Atas dasar ini, pasukan telah membangunkan satu siri alat untuk penyuntingan gen, peraturan metabolik, dan pengoptimuman rangkaian, yang dapat mengubah dan mengawal selia prestasi sel casis dari tahap yang berbeza.
Ia mengambil pasukan R & D sepuluh tahun penuh untuk membangunkan alat manipulasi molekul. "Proses ini sangat menyakitkan." Chen Guoqiang mengakui bahawa rahsia kejayaan adalah iman dan kegigihan.
Akhirnya, sel -sel casis dibina oleh pasukan.
"Langkah seterusnya ialah pengesahan pengeluaran. Kami menghabiskan tujuh atau lapan tahun lagi untuk mengatasi kesukaran penambahbaikan proses penapaian, transformasi morfologi bakteria, pemisahan dan pengekstrakan bahan, dan melintasi amplifikasi perindustrian" Death Valley. Penyelidik Bersekutu di Sekolah Sains Kehidupan Tsinghua University, diperkenalkan.
Melangkah di jalan "Transformasi"
Semasa penguatan perindustrian, pada tahun 2018, Chen Guoqiang pertama mencadangkan "bioteknologi industri generasi akan datang" di peringkat antarabangsa, dan ia telah disahkan dalam "ujian berskala kecil", "percubaan perintis" dan pengeluaran berskala besar.
Tetapi ini tidak bermakna teknologi ini boleh diiktiraf oleh perusahaan. Pasukan ini menghadapi tahap transformasi tahap baru.
"Bioteknologi Perindustrian generasi akan datang menggunakan sistem penapaian yang berterusan yang tidak memerlukan pensterilan untuk pengeluaran. Ia mempunyai kelebihan kecekapan terbuka, tinggi, penggunaan tenaga yang rendah dan pemuliharaan air. Wu Fuqing berkata bahawa ciri -ciri subversif ini telah membuat syarikat penapaian tradisional bimbang.
"Ia sentiasa dimeteraikan dan disterilkan pada suhu tinggi. Anda berkata anda tidak memerlukannya, jadi anda tidak memerlukannya?" Sesetengah syarikat juga berfikir bahawa pasukan R & D adalah "menipu".
Selepas beberapa kelainan dan giliran, pasukan akhirnya mendapati sebuah syarikat penapaian yang besar bersedia untuk mencuba. Untuk menghilangkan kebimbangan pihak lain, ujian penapaian telah dijalankan di tapak.
200 tangki penapaian padu, ujian pertama, kejayaan!
Jurutera pihak lain yang disyaki: Adakah terdapat faktor "nasib"? Kemudian cuba lagi, ia masih akan berjaya! Kerjasama itu berjaya dicapai.
Pada tahun 2021, transformasi pencapaian Enterprise-Beiguochang Biotechnology Co., Ltd. (selepas ini dirujuk sebagai "Weiguochang") telah ditubuhkan, dan perindustrian memasuki lorong cepat.
"Selepas penubuhan syarikat itu, di bawah bimbingan pasaran, kemajuan penyelidikan saintifik makmal telah dipercepat." Ouyang Pengfei, naib presiden Weiguochang, berkata, "Pada masa lalu, strain mempunyai tiga generasi dalam 9 tahun, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, mereka telah diulang tiga generasi dalam satu tahun, tahun ini, dijangka akan diulang 4 hingga 5 generasi. "
Iterasi telah memberikan prestasi yang lebih baik dan meletakkan asas yang lebih kukuh untuk perindustrian.
Barisan demonstrasi pengeluaran pintar dengan output tahunan 1,000 tan telah dibina di Shunyi, Beijing, dan pangkalan pengeluaran dengan output tahunan sebanyak 30,000 tan telah ditubuhkan di Yichang, Hubei ... "Kami juga telah bergabung dengan Chuan Ning Bioteknologi untuk mempromosikan penggunaan industri PHA gred perubatan dan membina sebuah 'kilang api' di Hefei, Anhui untuk meneroka pelbagai senario aplikasi. " Ouyang Pengfei diperkenalkan.
Pada tahun 2023, berdasarkan pembangunan dan penggunaan bakteria halofilik dan sumbangan "bioteknologi industri generasi akan datang" kepada industri, Persatuan Antarabangsa untuk Kejuruteraan Metabolik yang dianugerahkan Chen Guoqiang sebagai "Anugerah Kejuruteraan Metabolik Antarabangsa". Hari ini, teknologi yang berkaitan telah digunakan secara meluas dalam pengeluaran terbuka biomanufacturing.
Pada Persidangan Sains dan Teknologi Kebangsaan yang baru -baru ini, Persidangan Anugerah Sains dan Teknologi Kebangsaan, dan Persidangan Akademik Dua Akademi, Setiausaha Agung Xi Jinping menekankan bahawa kita harus mensasarkan ketinggian sains dan teknologi masa depan dan pembangunan perindustrian, Mempercepat inovasi saintifik dan teknologi dalam bidang teknologi maklumat generasi baru, kecerdasan buatan, teknologi kuantum, bioteknologi, tenaga baru, dan bahan -bahan baru, dan menanam dan membangunkan industri baru dan industri masa depan.
Melihat masa depan, Chen Guoqiang penuh keyakinan: "Kami akan mempromosikan integrasi inovasi saintifik dan teknologi yang mendalam dan inovasi perindustrian, terus meningkatkan tahap perindustrian PHA, dan menyumbang kepada kesedaran negara saya tentang" karbon dwi " Matlamat dan pembangunan hijau! "