Możesz czuć się nieznany, jeśli chodzi o PHA.
Ale jeśli powiem ci, że PHA zaczęła być używana w wielu dziedzinach, takich jak zastawa stołowa, opakowanie żywności, drukowanie 3D, włókna tekstylne, urządzenia medyczne itp., Poczułeś, że nie jest to daleko od naszego życia.
„PHA to rodzina materiałów polihydroksyalkanianowych, która jest nowym materiałem wyhodowanym z komórek. Jest całkowicie degradowalny z natury i jest nietoksyczny i nieszkodliwy”. Chen Guoqiang, profesor School of Life Sciences na Uniwersytecie Tsinghua i dyrektor Centrum Biologii Syntetycznej i Systemów, wprowadził go w ten sposób, gdy przeprowadził wywiad z reporterem z Science and Technology Daily.
Już 30 lat temu Chen Guoqiang ustalił, że PHA był kierunkiem przyszłych zielonych materiałów i bez wahania zajął się badaniami i rozwojem PHA produkcji bianian. „Jest to proces ciągłego prób i błędów. Biegaliśmy ścianę raz po raz i przebiliśmy się raz po raz”. Powiedział.
Rozwiąż ból „zanieczyszczenia bakteryjnego”
W celu zmniejszenia stosowania tworzyw sztucznych naftowych i uniknięcia powodowania większego zanieczyszczenia białego, naukowcy szukali degradowalnych alternatywnych materiałów. Produkcja biomanowa jest jedną z uznanych ścieżek produkcyjnych materiałów alternatywnych.
„Produkcja bianian, jak sama nazwa wskazuje, polega na przeprojektowaniu i przekształcaniu organizmów w celu uzyskania komórek podwozia o doskonałej wydajności, a następnie wykorzystanie tych komórek jako fabryk do wytwarzania różnych materiałów potrzebnych ludziom”. Chen Guoqiang powiedział dziennikarzom.
Wśród wielu biomateriałów PHA ma zalety biokompatybilności, termoplastyczności i degradowalności. W oparciu o eksplorację i praktykę z poprzednich kilku lat, w 1994 r. Chen Guoqiang, który ukończył badania doktora za granicą, przybył na Uniwersytet Tsinghua, aby utworzyć zespół i skoncentrować się na badaniu, jak osiągnąć masową produkcję PHA.
„W laboratorium wiele problemów nie jest łatwe do ujawnienia. W fabryce po powiększeniu skali nadejdą wszystkie problemy”. Chen Guoqiang stwierdził, że pierwszym problemem było „zanieczyszczenie” - w procesie uprawy komórek drobnoustrojów, inne grzyby i mikroorganizmy będą rosły wraz z nimi.
Gdy komórki drobnoustrojów zostaną „zanieczyszczone”, cały proces fermentacji musi zacząć od nowa, z ogromnymi stratami. Aby zapobiec zakażeniu komórek, należy przeprowadzić ścisłe działanie aseptyczne, które wymaga sprzętu i personelu, i ma wysokie zużycie energii.
„Próbowaliśmy wielu rodzajów mikroorganizmów, ale nie mogliśmy rozwiązać tego problemu”. Chen Guoqiang przypomniał sobie, że przypadkiem pomyślał o ekstremalnych mikroorganizmach.
Ekstremalne mikroorganizmy zwykle rosną w ekstremalnych środowiskach, w których zwykłe mikroorganizmy mają trudności z przetrwaniem i nie są łatwo zarażone przez inne mikroorganizmy. Dzięki temu proces produkcji PHA może być stosunkowo otwarty, bez potrzeby złożonych i uciążliwych operacji sterylizacji.
Tak więc Chen Guoqiang zwrócił uwagę na halofilowe mikroorganizmy, które są trudne do „zanieczyszczenia”.
Niestety członkowie zespołu przeszukiwali w wielu miejscach, ale wszyscy na próżno powrócili. Dopiero w 2006 r. W końcu wyizolowali odkształcenie zarówno z tolerancją soli, jak i szybką cechami wzrostu z próbki gleby pobranej z jeziora słonego o niskiej szerokości geograficznej, dużej różnicy temperatur między dniem i nocą oraz wyższym zasoleniem niż woda morska. To są bakterie halofilowe.
Konstruowanie podstaw „podwozia”
Przy odpowiednim szczepie konstruowanie komórek podwozia stał się kluczem do osiągnięcia produkcji bioman.
„Komórki podwozia mogą przekształcić biomasę odnawialną, taką jak glukoza, skrobia i olej roślinny w PHA podczas procesu fermentacji”. Chen Guoqiang powiedział: „Są jak maszyny w fabryce, która może stale wytwarzać materiały polimerowe, których potrzebujemy”.
Aby uzyskać komórki podwozia, geny bakterii halofilowych muszą zostać zdemontowane i złożone. Późne nowe problemy - halofile są zbyt wyjątkowe i nie mają gotowych narzędzi do manipulacji molekularnymi.
„„ Skalpele molekularne ”,„ igły szwu molekularnego ”i„ Transportery molekularne ”są niezbędnymi narzędziami”. Chen Guoqiang wyjaśnił: „Są odpowiedzialni za wycinanie, rekombinację i transport genów drobnoustrojów”.
Bez narzędzi halofile są jak „czarna skrzynka”, którą można zobaczyć, ale nie użyć.
Wektory plazmidowe są powszechnie stosowane „transportery molekularne”, które są odpowiedzialne za wprowadzenie rekombinowanych genów do komórek biorców. „Samo to narzędzie pochłonęło wiele naszej energii”. Chen Guoqiang powiedział dziennikarzom, że zespół wypróbował setki istniejących plazmidów, ale żaden z nich nie odniósł sukcesu.
Co robić? Rozszerzaj tylko zakres i znajdź nowe plazmidy. Po nieustraszonych wysiłkach wszyscy sprawdzili ponad 200 plazmidów z potencjałem, przetestowali je jeden po drugim i ostatecznie wprowadzili punkt zwrotny - 3 z nich można użyć!
W przypadku plazmidów otwarto „czarną skrzynkę” drobnoustrojowej modyfikacji genetycznej.
Na tej podstawie zespół opracował serię narzędzi do edycji genów, regulacji metabolicznej i optymalizacji sieci, które mogą modyfikować i regulować wydajność komórek podwozia z różnych poziomów.
Pełne dziesięć lat zajęło zespołowi badawczo -rozwojowe, aby opracować narzędzia do manipulacji molekularnymi. „Ten proces jest bardzo bolesny”. Chen Guoqiang przyznał, że tajemnicą sukcesu jest wiara i wytrwałość.
Wreszcie komórki podwozia zostały zbudowane przez zespół.
„Następnym krokiem jest weryfikacja produkcji. Spędziliśmy kolejne siedem lub osiem lat, aby przezwyciężyć trudności związane z poprawą procesu fermentacji, transformacji morfologii bakterii, separacji i ekstrakcji materiałów oraz przekroczyliśmy amplifikację przemysłową„ Dolina śmierci. ”Wu Fuqing, członek zespołu i członek zespołu i Wprowadzony badacz z School of Life Sciences of Tsinghua University.
Wejście na drogę „transformacji”
Podczas wzmocnienia przemysłowego, w 2018 r., Chen Guoqiang po raz pierwszy zaproponował „biotechnologię przemysłową nowej generacji” na arenie międzynarodowej i została zweryfikowana w „próbach na małą skalę”, „próbach pilotażowych” i produkcji na dużą skalę.
Nie oznacza to jednak, że technologia ta może być rozpoznawana przez przedsiębiorstwa. Zespół stoi przed nową transformacją wyników.
„„ Biotechnologia przemysłowa nowej generacji ”wykorzystuje ciągły system fermentacji, który nie wymaga sterylizacji do produkcji. Ma zalety otwartych, wysokiej wydajności, niskiego zużycia energii i ochrony wody. Jest to 2,0, ulepszona wersja tradycyjnej technologii produkcji bioman”. Wu Fuqing powiedział, że te wywrotowe cechy sprawiły, że tradycyjne firmy fermentacyjne zmartwiły się.
„Zawsze był ściśle zapieczętowany i sterylizowany w wysokiej temperaturze. Powiedziałeś, że go nie potrzebujesz, więc nie potrzebujesz tego?” Niektóre firmy nawet uważają, że zespół badawczo -rozwojowy „oszukuje”.
Po kilku zwrotach akcji zespół w końcu znalazł dużą firmę fermentacyjną gotową spróbować. W celu rozwiązywania obaw drugiej strony test fermentacji przeprowadzono na miejscu.
200 zbiorników fermentacji sześciennej, pierwszy test, sukces!
Podejrzewany inżynier drugiej strony: czy istnieje czynnik „szczęścia”? Następnie spróbuj ponownie, nadal się powiedzie! Z powodzeniem osiągnięto współpracę.
W 2021 r. Ustanowiono przedsiębiorstwo transformacji osiągnięć-BEIJING Weiguochang Biotechnology Co., Ltd. (zwane dalej „Weiguochang”), a industrializacja weszła na szybką linię.
„Po utworzeniu firmy, pod kierunkiem rynku, postępy w laboratoryjnych badaniach naukowych zostały przyspieszone”. Ouyang Pengfei, wiceprezydent Weiguochang, powiedział: „W przeszłości szczepy miały trzy pokolenia w ciągu 9 lat; w ostatnich latach zostały one iterowane trzy pokolenia w ciągu jednego roku; w tym roku oczekuje się, że będą iterowane od 4 do 5 pokolenia. "
Iteracja dała lepszą wydajność szczepów i położyła bardziej solidne podstawy do uprzemysłowienia.
An intelligent production demonstration line with an annual output of 1,000 tons has been built in Shunyi, Beijing, and a production base with an annual output of 30,000 tons has been established in Yichang, Hubei... "We have also joined hands with Chuan Ning Biotechnologia w celu promowania zastosowania branży PHA klasy medycznej i zbudowania „fabryki latarni morskiej” w Hefei, Anhui w celu zbadania różnych scenariuszy zastosowań ”. Wprowadził Ouyang Pengfei.
W 2023 r., W oparciu o rozwój i wykorzystanie bakterii halofilowych oraz wkład „biotechnologii przemysłowej nowej generacji” w branży, Międzynarodowe Towarzystwo Inżynierii Metabolicznej przyznało Chen Guoqiang „Międzynarodową Nagrodę Inżynierii Metabolicznej”. Dzisiaj powiązane technologie były szeroko stosowane w otwartej produkcji produkcji bianian.
Podczas niedawno odbyła się National Science and Technology Conference, National Science Awards Awards oraz na konferencji akademickich dwóch akademii, sekretarz generalny XI Jinping podkreślił, że musimy dążyć do zdobywania wyżyn przyszłych nauk i rozwoju technologii i rozwoju przemysłowego, Przyspiesz innowacje naukowe i technologiczne w dziedzinie technologii informatycznej nowej generacji, sztucznej inteligencji, technologii kwantowej, biotechnologii, nowej energii i nowymi materiałami oraz uprawy i rozwijają nowe branże i przyszłe branże.
Patrząc w przyszłość, Chen Guoqiang jest pełen pewności siebie: „Solidnie będziemy promować głęboką integrację innowacji naukowych i technologicznych oraz innowacji przemysłowych, nadal poprawia poziom uprzemysłowienia PHA i przyczyniamy się do realizacji mojego kraju„ podwójnego węgla ” cel i zielony rozwój! ”