江南大学聚智破解生物制造“卡脖子”问题|环球观速讯

生物制造具有低碳循环、绿色清洁的特点，是具有国家竞争力的战略性新兴产业。

目前，我国生物制造产业规模超过10万亿元，并以每年12%的速度递增。

而与之密切相关的工业生物技术，世界各主要经济发达体把它确定为21世纪经济与社会发展的关键技术，竞争非常激烈。

(资料图片仅供参考)

江南大学工业生物技术教育部重点实验室是我国工业生物技术领域最具品牌影响力和竞争力的实验室之一。近年来，该实验室解决了一系列生物制造“卡脖子”问题，引领我国工业生物技术领域的科学创新和产业发展。

工业生物技术是解决人类目前面临的资源、能源及环境问题的重要手段。其以廉价可再生的生物质为原料，能够大规模生产人类所需的化学品、医药、食品等产品。

江南大学工业生物技术教育部重点实验室主任徐岩介绍,“像氨基酸、柠檬酸这样的大宗化学品，过去大多靠化工技术进行生产，而现在通过微生物的加工就可以进行生产。其最大的好处就是减少了二氧化碳的排放。”

据介绍，江南大学工业生物技术教育部重点实验室是以国家重大战略需求和学科发展前沿为导向，着力开展生物催化与酶技术、微生物代谢工程、现代发酵工程等三个主要研究方向的应用基础研究，在工业酶催化性能强化设计、工业菌种系统代谢重构、传统发酵微生物组合调控等方面，取得了突破性成果。

在江南大学工业生物技术教育部重点实验室，倪晔教授利用X-RAY晶体衍射仪解析酶蛋白质晶体结构：“我手里拿着的是刚制备得到的蛋白质晶体。用液氮速冻后，准备加载到X射线衍射仪上去，来获得它的结构数据。”

酶是一类重要的生物催化剂，其蛋白质结构非常复杂。只有通过对酶的蛋白结构解析，才能高效、定向、可控地对蛋白质进行设计和改造，获得满足生产需要的工业酶。“找到关键的催化中心以及其底部进出的通道，就可以帮助我们将几百个氨基酸缩小到几十个氨基酸的范围。通过对其结构进行解析，可以指导我们如何更加科学地进行改造。”倪晔介绍说。

近年来，倪晔教授团队针对生物催化过程中的瓶颈问题，开展了蛋白质工程与生物催化研究，有针对性地改造酶的工业属性，解决工业酶资源有限、重要酶工业应用属性不足等问题。

近年来，倪晔教授团队的相关研究成果陆续从这个实验室“走出去”。其中，S腺苷蛋氨酸、功能糖、贝他斯汀手性醇中间体、D-苯乳酸等产品已实现了产业化。倪晔说：“通过生物催化技术在化工、医药、食品等传统领域的应用，可以助力这些产业的升级，服务于我们国家的‘双碳’战略。”

工业生物技术既有助于实现化工、医药等产业的绿色升级，也为很多产品的加工提供了绿色可持续的生产方式。这间1500平方米的实验室，建有通风发酵、厌氧发酵、分离提取与包装等不同中试平台。饶志明教授团队正在用中试发酵罐做微生物发酵实验。饶志明介绍说：“我们可以在实验室里进行摸索，不断优化各项实验参数，然后去适应更大规模、更粗犷的生产条件。像国内的一些大宗发酵产品，如氨基酸、有机酸、维生素，工厂的发酵罐有百吨、甚至上千吨的规模。”

工业菌株是发酵工业的“灵魂”。针对工业微生物生产效率低、细胞生长弱、环境耐受差的共性技术难题，实验室围绕工业微生物开展了提高合成能力、强化生长性能、提升环境抗逆性等相关研究。

以国家需求为导向，采用合成生物学前沿技术，结合基因组、蛋白质组、代谢组等现代组学技术，开发和创制高效的工业微生物菌种，积极开展工业生物技术创新并努力探索产业化发展道路。

饶志明介绍：“前几年我们进口大豆和豆粕时，经常被‘卡住脖子’。国外企业坐地要价，让国内的一些养猪场压力很大。针对这种情况，我们研发了一些可以在饲料里添加的氨基酸，可以大大减少豆粕等饲料的进口。”

近5年，江南大学工业生物技术教育部重点实验室承担了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目等国家和省部级项目267项；发表高水平学术论文665篇；授权发明专利664项，其中国际专利50项，在生物制造领域发明专利位列全球第一，形成了工业生物技术从基础研究到产业化应用的科研创新体系，服务国家战略需求和区域可持续发展。（姜坚 仇煜）

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