谭天伟院士谈生物制造：当微生物成为21世纪的制造车间

　　传统工厂依赖钢铁机械和化石能源，而一场静悄悄的革命正在实验室和发酵罐中展开。中国工程院院士谭天伟将生物制造称为"有生命的工厂"，这种利用微生物、细胞等生命单元生产物质的方式，正在改写制造业的底层逻辑。

　　从实验室培育的肉类到细菌"吐出"的丝绸，从吃二氧化碳的微生物到会自我修复的建筑材料，生物制造不再是科幻概念，而是正在重塑全球产业格局的现实力量。

　　国际机构预测，到2050年全球60%的工业产品可通过生物制造生产，经济价值可能超过30万亿美元。中国在发酵产能和工程化经验方面已建立优势，但要真正主导这场革命，仍需突破底层技术瓶颈和产业化障碍。

　　生物制造的核心在于用可再生资源替代化石原料。传统化工以石油、煤炭为基础，而生物制造以糖、淀粉、农作物秸秆甚至二氧化碳为原料，通过设计和改造微生物的代谢路径，让它们像微型化工厂一样生产目标产品。这种"以生替化"的模式不仅符合碳中和目标，更开辟了全新的资源利用路径。

　　合成生物学的突破为这一转变提供了技术基础。科学家现在能够像编写计算机程序一样设计生命，通过基因编辑工具如CRISPR精确修改微生物的DNA，让它们按照人类需求生产特定分子。这种"可编程制造"的潜力几乎是无限的。过去需要数百道化学工序、高温高压条件才能合成的复杂分子，现在微生物在常温常压下几天就能完成。人工智能的加入进一步加速了这一进程，机器学习算法可以预测基因突变效果、优化代谢路径、快速筛选高产菌株，将菌种改良时间从数年缩短到数周。

　　这场革命的应用场景正在快速扩展。在食品领域，细胞培养肉技术已经从实验室走向商业化试点。通过细胞培养而非动物养殖生产的肉类，不仅能减少土地和水资源消耗，还能显著降低甲烷排放。2025年的最新研究显示，培养肉生产的核心挑战已经从技术可行性转向成本控制和规模化生产，生物反应器设计、无血清培养基和食用级支架材料成为当前攻关重点。微生物蛋白和合成乳制品同样在快速发展，一些公司已经能够让酵母生产出与牛奶蛋白完全相同的分子，无需奶牛参与。

　　时尚产业是另一个变革前沿。传统纺织业高度依赖石化原料和高能耗染色工艺，是全球碳排放大户之一。生物制造提供了绿色替代方案：细菌可以"吐出"蜘蛛丝蛋白，制成比钢铁更强韧的纤维；真菌菌丝能够在几周内生长成皮革质感的材料，完全可降解且无需动物毛皮；藻类可以合成替代聚酯和尼龙的生物基纤维。一些前卫品牌已经推出菌丝皮革包袋和鞋类产品，虽然价格仍然偏高，但展示了"会呼吸的时尚"的可能性。

　　能源和交通领域同样受益于生物制造。特定菌种能够将二氧化碳转化为乙醇或航空燃料，实现"碳捕集+生物转化"的闭环。中国已经完成生物基航空燃料的商业试飞，这种从农作物废料或二氧化碳中提取的燃料，与传统航油相比可减少70%以上的碳排放。生物基润滑油、轮胎橡胶等材料也在逐步替代石化产品，推动交通行业的绿色转型。

　　中国在生物制造领域具备独特优势。作为全球最大的发酵产业国家，中国在柠檬酸、氨基酸、维生素等传统发酵产品的产能和技术上长期处于领先地位。这些积累的工程化经验和产业基础，为向现代生物制造升级提供了坚实平台。2024年政府工作报告明确提出积极打造生物制造等新增长引擎，"十五五"规划建议将其列为前瞻布局的未来产业，政策支持力度不断加大。

　　然而挑战同样严峻。最核心的问题是底层能力薄弱。生物制造的竞争本质上是"设计生命"的能力竞争，这需要强大的基础研究支撑：高效的基因编辑工具、完整的代谢路径数据库、高性能的工业酶、标准化的工程菌种库等。但在这些领域，中国与欧美发达国家仍存在差距。许多核心菌种依赖国外资源，关键酶和高端生物反应器部件需要进口，工业级生物信息数据库建设滞后。要实现真正的自主可控，必须在这些基础性领域持续投入。

　　产业化是另一个瓶颈。许多在实验室取得突破的技术，在放大到工业规模时面临意想不到的困难。微生物在小试阶段表现优异，但到大型发酵罐中可能因为传质传热条件变化而"罢工"；实验室的成本结构在商业化后往往不堪一击；产品稳定性和生物安全性也需要长期验证。中国正在加快建设国家级中试验证平台，试图搭建从"论文"到"产品"的桥梁，但这仍然是制约产业发展的关键环节。

　　标准和监管体系的完善同样重要。生物制造产品如何进行低碳认证？合成微生物的环境风险如何评估？基因编辑食品的安全标准是什么？这些问题都需要明确的制度框架。缺乏统一标准不仅影响产品市场准入，也制约了产业的规范化发展。

　　展望未来，生物制造的发展将呈现三大趋势。首先是人工智能的深度融合。AI不仅能加速菌种设计，还能优化整个生产流程：预测最佳发酵条件、实时监控代谢状态、自动调节营养配比。这种"智能生命工厂"将大幅提升效率和稳定性，让生物制造真正实现可编程、可预测、可规模化。

　　其次是碳循环制造的兴起。越来越多的技术能够将二氧化碳作为原料，通过微生物转化为有价值的产品。这意味着制造业不仅可以实现碳中和，甚至可以成为碳汇。一些前瞻性项目正在探索"工业共生"模式：钢铁厂排放的二氧化碳被输送到生物反应器，微生物将其转化为燃料或化学品，实现废物到资源的闭环转化。

　　第三是跨界融合生态的形成。生物制造不再是单一学科，而是生物学、材料科学、信息技术、能源工程等多领域交叉融合的产物。未来的创新将更多来自边界交叉地带：生物材料科学家与时尚设计师合作开发新型织物，合成生物学家与建筑师共同设计"活的建筑"，代谢工程师与能源专家联手打造碳循环系统。

　　从发酵罐到餐桌，从实验室到工厂，生物制造正在以超出想象的速度改变世界。这不是对传统制造业的简单改良，而是一场从物质基础到生产逻辑的全面革命。中国能否在这场革命中占据领先位置，取决于能否在关键技术上实现突破，能否建立完整的产业生态，以及能否培育出一批具有全球竞争力的领军企业。生命智造的时代已经到来，机遇与挑战并存，而时间窗口正在快速关闭。