编者按：当前，全球科技革命和产业变革深度交织，未来产业已成为大国竞争的战略制高点。“十五五”规划建议提出，推动量子科技、生物制造、氢能和核聚变能、脑机接口、具身智能、第六代移动通信等成为新的经济增长点。未来，如何谋划、推动未来产业发展？如何发展新质生产力因地制宜布局新兴产业？这些未来产业将给民生社会带来哪些改变？

　　【网络强国·百人谈——“未来已来”系列观察⑥】

　　在众多产业领域里，有的以饲养动物为主，有的关注于栽培植物，而“养细胞”的产业或许相对少见——这就是“生物制造”。作为“十五五”规划重点提及的未来产业之一，生物制造因其生产原料和过程的特殊性，颇显“未来感”。

　　微小细胞如何成为生产制造“工厂”？生物制造对社会生产生活有何潜在意义？人工智能可以为生物制造帮上什么忙？围绕这些问题，光明网专访了清华大学生命科学学院教授、合成与系统生物学中心主任陈国强。

清华大学生命科学学院教授、合成与系统生物学中心主任陈国强

　　记者：围绕生物制造的原理，请做一下通俗的科普介绍。

　　陈国强：生物制造，就是利用动植物细胞、微生物、生物酶等生物体催化化学反应，将二氧化碳、秸秆水解物、农业废弃物、餐厨废料等可持续原料，通过生理代谢转化为化学品、燃料、材料，以及氨基酸、维他命等营养物质的过程。这一物质转化过程通过在水中或常温、常压的安全环境下进行，是环境友好且可持续的制造过程。

　　若以传统化学工业为对照，以石油等为原料的反应过程，通常需要高温、高压条件，且催化剂多为重金属元素。相比之下，生物制造的反应过程安全性更高，所用原料多为吸收了二氧化碳的物质，兼具环境友好性与可持续性，是更安全、环保、可持续的制造方式。

　　记者：工信部数据显示，截至2025年，我国生物制造行业整体规模已达1.1万亿元。我国将生物制造产业作为新的经济增长点，具有哪些优势有意义？

　　陈国强：我国发展生物制造产业的优势十分显著。首先，生物发酵产业规模庞大，且相关化工的人才储备量雄厚，造就了我国总体发酵产能占全球70%的规模优势。其次，我国的能源、材料、医药、食品等市场庞大、应用场景多元，生物制造产业市场需求旺盛。

　　记者：生物制造能被入列未来产业，有哪些原因？

　　陈国强：我认为有三方面原因：第一，我国石油等诸多原料的进口不低，若将生产方式从以石油为原料转变为以二氧化碳、秸秆、水解物质、纤维等为主要原料，能大幅降低原料的对外依赖性。

　　第二，生物制造无需高温、高压等条件，能耗更低，且生产过程能吸收二氧化碳，是符合减排要求的制造模式。

　　第三，生物制造契合“绿水青山就是金山银山”的发展理念，能在生产过程中守护生态环境，是适配我国未来发展的制造方式，因此成为国家未来产业的重要发展目标。

图片由AI生成

　　记者：生物制造作为未来产业的重要方向，正逐步在多个领域落地应用。其主要应用领域有哪些？

　　陈国强：生物制造的应用范围十分广泛。首先是材料制造，我国目前多数有机材料基于石油生产，而以生物方法生产材料，可通过葡萄糖、脂肪酸、二氧化碳、乙酸或餐厨废料等的水解物，过程更环境友好。

　　在燃料等化学品领域，多数燃料同样由石油制成，未来燃料的全生产流程也可通过生物方式实现。此外，大宗化学中间体，以及高分子材料的前体和单体，都能通过化学与生物两种方法生产，其中生物制造的方式同样更具环境友好性。

　　药品、营养品也是重要应用领域。抗生素、氨基酸、维生素等，都能通过生物制造以环境友好、可持续的方式生产。生物制造还将可以降低我国蛋白质生产原料大豆的进口比例，若利用二氧化碳、甲酸、乙酸、秸秆水解物等原料，借助微生物可转化为蛋白质，提高蛋白质生产效率。

　　未来，全生物合成的聚羟基脂肪酸酯（PHA），也能被制成衣服，这类生物制造产生的服装材料具备防潮特性，而且无需依赖种植和收割棉花，从发酵罐中就能获取制衣原料。另一项核心发展方向是材料领域，通过生物制造方法制成的材料，生产过程能实现减排且安全性高，原料也具备可持续性，同时其产品大多可环境降解，还能欧通过调节结构、分子量来改变材料强度，在材料市场需求量大、应用领域广的现实基础上，生物制造材料未来会在材料产业中占据重要地位。

　　综上可以看出，生物制造产物其实早已融入日常生活，只是大众通常难以了解这些产品背后的生产方式。与使用传统制作方法产出的产品相比，生物制造方法生产出的产品功效基本一致，但生产效率远高于传统方式。比如，种植农作物获取工业原料，至少需要一到两个季度，而通过生物发酵的方式仅需几天就能完成，且产量能达到吨级；另外，如果从农作物中提取营养品，需要耗费海量原料才能得到少量产物，而未来生物发酵方式有可能在短时间内量产这类产品。

　　记者：生物制造产业还有哪些新的发展动力？

　　陈国强：“十五五”规划将生物制造列为未来产业的重要发展方向后，各地将结合本地特点，将生物制造作为特色产业进行布局发展，通过招商、引才、引企等方式，推动当地生物制造产业的发展。经过一定时间的培育，各地会逐步形成生物制造的产业链。

　　以较为成熟的电子产业为例，形成完整产业链后，相关的零部件、配套资源能快速整合，产业发展效率大幅提升。一旦形成完整的生物制造产业链，相关企业能快速匹配到适配的设备、提取工艺和人才，新产品的研发与生产周期将大幅缩短，产业链的集聚效应将成为生物制造产业发展的新动力。

图片由AI生成

　　记者：近年来，人工智能技术快速发展，与生物制造领域的融合日益加深。人工智能应用能带来哪些助益？

　　陈国强：就我所关注的生物催化剂“酶”而言，从自然界筛选出的酶，存在活性低、对不同材料相容性差、催化特异性窄等问题，自然界也没有进化出适配特殊材料合成的酶。虽然可以通过加速进化的方法获取所需酶，但AI能实现酶的从头设计或在现有酶的基础上进行重新设计，快速创造出自然界不存在、或性能更优的酶。传统的进化突变法不仅耗时久，还未必能得到高特异性、高活性的酶。AI工具能让酶的设计速度实现跨数量级提升。未来，自然界中稀缺或不存在的酶，或许有很多能通过AI设计获得。

　　当需要某类功能的酶时，我们先梳理自然界中已知酶的DNA序列或氨基酸序列，让AI学习数据库中大量酶的DNA序列、氨基酸序列数据，AI会根据催化反应需求，寻找或设计出多种序列排列组合方式，随后科研人员在实验室将设计出的序列合成为DNA，利用细菌细胞验证AI设计的酶是否能催化目标所需的特殊反应。如果由科研人员手动研究酶的数万个序列，时间往往按年来计，而AI仅需数天就能完成。

　　除了酶，AI还能类似地应用于代谢路径的设计。AI通过快速检索已发表文献中的产物代谢路径和产率数据，进行排列组合后，为科研人员快速推荐产量最大化的代谢路径组合方案。如果由科研人员手动检索数文献并筛选方案，不仅耗时极长，还容易遗漏关键信息。

　　记者：从事生物制造相关工作的人才，需要具备哪些能力和素养？对该领域人才培养有什么建议？

　　陈国强：生物制造领域的人才需要具备跨学科的知识背景。其中，微生物学是核心，还需要酶相关的知识，分子生物学是另一个支撑学科，这三大方向构成了生物制造的核心知识体系。此外，合成生物学作为新兴的跨学科领域，整合了生物制造的分子操作、微生物优化等工作。未来，人工智能（AI）也将深度融入生物制造，AI能设计催化范围更广的酶、转化率更高的代谢路径，推动生物制造向更高水平发展。

　　总体而言，生物制造人才需要掌握微生物学、分子生物学、化工、AI等领域的知识，部分工作还会涉及机械制造、动力学等学科，具备多学科背景的人才更适配产业发展需求。因此，需在生物制造人才培养体系中加入AI相关专业内容，高校和科研机构还可推动跨学科融合，比如，科研人员跨院系兼职，促进不同学科知识的融合，培养具备多学科背景的人才。

　　调研团队成员：张宁、李政葳、孔繁鑫、曾震宇、赵鹏超、侯祖萌（实习）

　　光明网数字化频道&网络安全频道出品

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