硬核工作室出品
生物制造是广州重点发展的战略性先导产业。近年来，随着合成生物学、人工智能等科技领域不断取得新突破，广州的科研机构和科技企业涌现出一批前沿技术，推动相关产业高速发展。生物制造技术如同“魔法”，能够“化腐朽为神奇”，通过“细胞工厂”将原料变成各类超乎想象的产品。
本期《科技周刊》，记者带大家走进广州的相关科研院所和企业，看看生物制造技术带来了哪些惊喜，又如何改变我们的生活。
黑科技：进去是废料出来是肥料
在仲恺农业工程学院，研究员亓伟正带领团队进行百吨级“生物质液态肥+饲料蛋白”的中试生产。在一连串反应容器内，秸秆、甘蔗渣等农业生产产生的“废料”，正转变成液态有机肥、饲料蛋白、航空煤油等“有用之材”。
这些“废料”进入反应容器后，在催化剂和温度的作用下，难以生物炼制的木质素成分被快速溶出，废料的致密结构也随之被破坏；随后通过压滤，即可获得固态综纤维素和液态木质素。其中，综纤维素是木糖和葡萄糖等糖类的聚合物，经团队自主研发的复合纤维素酶水解糖化后可转化为可发酵糖，能有效替代淀粉类物质，进入下游生物炼制行业。
亓伟举例：“我们可以利用获得的可发酵糖生产工业乙醇、乳酸等工业化产品，也可以通过改变发酵菌株来生产饲料蛋白、微生物油脂等产品。另外，随着生物航油产业发展，我们熟知的‘地沟油’已经不够用了，微生物油脂也可以解决当前‘地沟油’短缺的问题，用于生物航油生产。”
自研酶：基本可实现国产化替代
在将秸秆等“废料”转化为肥料、饲料蛋白、生物航油等“有用之材”的整套技术中，最核心的技术是研发出将纤维素转化为葡萄糖的纤维素酶。
在我国，纤维素酶市场长期被丹麦一家国际农业巨头垄断，国内生产纤维素乙醇的大型企业均使用该丹麦企业生产的三代纤维素酶。
团队经过多年自主研发的国产纤维素酶，在工业环境下分解纤维素的效率已达到进口产品的90%，基本可实现国产化替代。“相关行业学会组织专家对我们的纤维素酶进行鉴定，认为我们的纤维素酶整体技术已经达到国内先进水平。”
已落地：5000吨秸秆工厂建成
亓伟团队正与茂名高州等地的农业企业开展合作。目前，企业已建成一座秸秆处理工厂，年处理能力达5000吨，并于今年8月完成调试。
目前，这座工厂正处于试用推广阶段。工厂首批收购了当地500亩水稻的秸秆，将其加工成液态有机肥，已用于400亩土地，效果良好。“土里已经出现了大量蚯蚓，这是土壤地力好的重要标志。这些肥料首先用于该企业自己承包的土地上，以检验其效果，帮助我们申请正式的肥料证，之后再向市场推广。”亓伟说。
在吉林省的双辽市和梅河口市，团队已与当地签订了相关框架协议，计划明年在5000亩玉米地和水稻田推广使用秸秆制成的液态有机肥。
亓伟介绍：“我们从2021年开始对肥料进行整体效果评估。以水稻为例，联合使用液态有机肥和化肥后，整体用肥成本为单独使用化肥的2/3；水稻测产后可增产8%左右。”
未来，团队将把相关技术推广应用到工厂。亓伟透露：“我们在吉林双辽与企业签订的协议中已包含微生物蛋白生产内容，我们还将在当地建设纤维素酶生产线。”
甘蔗渣
液态有机肥
加入元动生物特种纤维素的日化产品。
驹形杆菌吃下玉米芯产出特种纤维素
纤维素不仅可以转化为葡萄糖，某些特殊纤维素在制造业中也有重要用途。
元动生物CEO陈炯霖告诉记者，他本科就读于中山大学，2018年参加国际基因工程机器大赛，第一次接触合成生物学。2021年，陈炯霖在北京大学前沿交叉学科研究院读博期间，受到生物制造领域的吸引，主动放弃学业，开启创业之路。2024年，陈炯霖回到广州，开启新一轮合成生物创业。
陈炯霖表示，在日化等产业中，一些纤维素是不可或缺的原材料。无论是洗发水、沐浴乳、粉底液等洗化用品，还是刷墙用的油漆，都需要纤维素作为流变助剂，否则产品容易出现沉淀，油漆也会刷不均匀。在光电产业，LCD屏内也必须使用纤维素膜。目前，我国纤维素市场规模已达3万亿元。
纤维素传统的生产路线是从木材、棉花中提纯，整个过程耗水量很大，生产1吨纤维素会造成100吨水污染。而陈炯霖团队的技术则是通过改造驹形杆菌，让这种菌生产纤维素：驹形杆菌利用玉米芯提取物中的葡萄糖，像蚕吐丝一样产出纤维素，并且生成的纤维素具有更好的网状结构和保水性。
团队新研发的这一生产工艺，生产1吨纤维素仅需耗水23吨，且这23吨水经处理后完全可以循环利用。“我们希望通过不断放大发酵能力和规模，进一步降低成本，从而替代传统高污染、高耗能工艺。”陈炯霖说。
经过持续科研攻关，团队目前已攻克驹形杆菌大规模生产瓶颈。“我们现在的工厂就在中山，已经实现生产和交付，客户主要来自涂料、日化、光电等领域。”陈炯霖介绍，其工厂目前已实现纤维素吨级生产，并取得小规模营收，公司也积极与联合利华等头部企业开展合作。接下来，团队将继续扩大产能，力争实现300吨级稳定生产。
广州汉腾生物科技有限公司实验室
大湾区创新链紧密合作
催生全长重组人胶原蛋白
胶原蛋白是人体内含量最多的蛋白质——皮肤保持弹性、骨骼承受压力、肌腱抵抗拉伸，都离不开它。
胶原蛋白像一根“麻绳”：三条蛋白链相互缠绕，形成紧密的三螺旋结构。维持这一结构的稳定，离不开一道关键工序——将链上特定位点的脯氨酸转化为羟脯氨酸，这一转化相当于给“麻绳”加装“锁扣”。如果这道工序不到位，三螺旋结构就不够稳定。
也正因如此，重组胶原蛋白行业长期面临“做片段容易、做全长困难”的挑战。
CHO细胞实现稳定表达
走进广州汉腾生物科技有限公司，一支通过合成生物技术制备的全长重组人胶原蛋白样品吸引了记者的目光。
“我们选择中国仓鼠卵巢细胞（CHO）作为底盘细胞。”汉腾生物副总裁韦庆焜介绍，公司通过自主研发的细胞株改造体系，使CHO细胞能够稳定表达全长重组人胶原蛋白。其氨基酸序列与人天然胶原蛋白一致，并具有完整的三螺旋构象。
“我们的核心技术使蛋白表达量从行业常见的约0.1克/升提升至接近10克/升，为高品质全长重组人胶原蛋白的商业化供应创造了条件。”韦庆焜说，公司还具备成熟的工艺放大与大规模生产能力，已建立覆盖15升至2000升规模的生产体系，能够在放大过程中保持细胞生长状态和产品质量稳定。
推进相关植入产品开发
据介绍，汉腾生物的产品保留了完整的三螺旋结构，具有与人天然胶原蛋白一致的氨基酸序列。其生产工艺减少了对动物组织来源的依赖，有望降低动物源材料相关的病原体传播风险。
重组胶原蛋白应用广泛。在医美填充领域，完整的三螺旋结构有望使材料达到接近天然胶原蛋白的力学性能与抗降解能力，为延长支撑时间、实现自然填充效果提供基础，可探索用于面部填充、皱纹改善等方向。在医疗领域，其在烧伤创面修复、骨与关节修复等生物材料方向也具有应用潜力。
“目前，我们正与国内头部医美厂商合作，共同推进基于全长重组人胶原蛋白的第三类医疗器械植入产品开发，预计今年下半年提交临床申报，并推进多中心临床试验。”韦庆焜说。
产学研合作支撑技术突破
技术突破的背后，离不开与大湾区高校的产学研合作。汉腾生物与香港理工大学合作研究胶原蛋白的结构修饰机理，并结合透射电镜等手段，对产品的三螺旋结构及具有D周期特征的胶原纤维结构开展表征与验证。目前，双方正在整理数据，并计划以学术论文形式发表相关成果。
“大湾区高校和科研机构强大的科研创新能力，为我们攻克产品技术难点提供了重要支撑。”韦庆焜说。公司与中山大学合作开发细胞工程化工具，用于改造CHO细胞，提升产能与结构稳定性。同时，公司还与华南农业大学等开展相关合作。
版面图
统筹编辑/梁倩薇、嵇沈玲
文、图/广州日报新花城记者：武威
视频/广州日报新花城记者：武威
