原標題：合成生物制造引領第四次工業革命——中國工程院院士鄭裕國一席談

    當瓦特手中的蒸汽機噴薄出第一縷工業文明的曙光，人類歷史的車輪便煥然新生。而今，數字化浪潮正以排山倒海之勢奔涌而來，拉開了“第四次工業革命”的帷幕。在中國工程院院士鄭裕國看來，這場變革以人工智能、生物技術等為突破點，其中，合成生物制造扮演著關鍵角色。合成生物制造將為精細化工行業帶來怎樣的變革，又將如何重塑工業產品生產流程？近日，鄭裕國分享了自己的觀點。

引領“第四次工業革命”

    “以電力的發現和廣泛應用為標志，第三次工業革命以原子能、電子計算機等技術的發明為標志。現在，第三次工業革命仍在進行過程中，但我認為，第四次工業革命也正在發生。”鄭裕國談到，“第四次工業革命正以人工智能、新材料、分子工程、虛擬現實、量子信息、生物技術等為突破口，以提高資源生產率、減少污染排放、改變生活方式為實質特征。”

    那么，這場革命的核心領域究竟在哪里？誰又將引領這場變革？鄭裕國將答案指向了一個交叉學科——合成生物制造。

    他闡釋道，“合成生物學”是指采用工程化設計理念，對細胞進行定向設計、改造乃至重新合成，從而突破自然生命進化規律，重塑自然生產線。其目標直指物質的高效定向合成與精準轉化。“合成生物制造”則是以多學科融合交叉為技術手段，改造或創造自然功能的生命體及生物組分，通過過程和系統強化，實現物質的高效合成與精準轉化，再造產品大規模生產流程，創造經濟價值和社會效益的未來產業。

    鄭裕國說：“尤其是在醫藥、農藥、食品等精細化工領域，合成生物制造正催生新產業、創建新模式、建立新動能，推動這些工業領域向綠色低碳、無毒低毒、可持續發展模式轉型。這不僅是技術路線的革新，更是一場生產關系的革命。”

工業制造的綠色選項

    盡管合成生物制造是未來產業，鄭裕國表示，它已經在為精細化工行業帶來變革。

    據鄭裕國介紹，與石化路線相比，合成生物制造產品平均節能減排30%～50%，未來潛力將達到50%～70%。他以工業催化劑為例作進一步說明。在醫藥、農藥、食品、染料、化工等多個工業領域，全球至少有4.2萬種原料和化學中間體是依賴催化劑直接或間接合成的。其中，許多貴金屬和非貴金屬催化劑來自礦產，屬于不可再生資源，且開采成本高。“我們可以利用廉價的、可再生的活性蛋白質作為生物催化劑替代化學催化劑，讓生物轉化替代化學轉化過程，既實現催化劑原料的替代，又實現綠色低碳生產。”鄭裕國說。

    這一替代技術已得到工程化驗證。“最成功的一個例子就是丙烯腈通過腈水合酶生成丙烯酰胺。20世紀80年代，沈寅初院士獲得腈水合酶微生物菌種，進而實現大規模生產，當時第一套工業化裝置就建在東營。”他說，“腈水合酶替代原來的銅催化劑，降低了反應溫度，促成丙烯酰胺的大規模生產，繼而生產聚丙烯酰胺，用于水處理、石油開采等多個行業。”

    在此過程中，生物制造將化工行業從高度依賴化石原料和高污染、高排放的模式，升級為綠色、低碳、循環可持續發展。從資源分子向功能分子的精準轉化，更大程度地發揮了原子經濟性。

前景廣闊的藍海市場

    鄭裕國指出，合成生物制造正在成為先進制造業的核心構成，是新發展格局中的重要產業板塊。2023年，以合成生物學技術引領的市場規模達170億美元，年復合增長率為28.8%。據預測，到本世紀末，生物制造有望創造數十萬億美元的經濟價值。

    具體而言，鄭裕國闡述了2種物質生產新模式：一是構建高效微生物細胞工廠。采用工程化、智能化設計理念，對細胞進行定向設計、改造乃至重新合成，實現物質的綠色高效合成，對原料、過程進行全替代。二是構建高效產酶細胞。利用酶或含酶生物細胞作為催化劑進行物質轉化，用于重構、替代與強化化學品的生產過程。

    理論優勢如何轉化為產業實踐？L-蛋氨酸的生物合成路線提供了典范答案。作為生物體必需氨基酸中唯一的含硫氨基酸，其在食品、醫藥、飼料等領域需求激增。2023年全球L-蛋氨酸市場需求約170萬噸，約330億元，產業已步入市場黃金期，卻也面臨著來自生產技術和成本的挑戰。鄭裕國團隊創新開發“發酵—酶法制備L-蛋氨酸合成路線”，通過合成生物學關鍵技術構建L-蛋氨酸前體細胞工廠，耦聯高產巰基轉移產酶細胞，實現L-蛋氨酸的高效生產，是目前最可行的生物合成路線。據悉，該路線可以實現前體（OSH）穩定生產，達到產量140 g/L以上，糖酸轉化率80%以上，處于國際領先水平。團隊還以合成生物制造推動糖尿病治療藥、心腦血管疾病治療藥、神經退行性疾病治療藥、抗感染藥等的發展。

    這些成功示范正在引發整個產業鏈的變革。依托鄭裕國團隊技術，江蘇利民股份打造出全球首條萬噸級氣相合成－多酶催化生產高光學純L-草銨膦生產線；浙江樂普藥業建成我國首條阿托伐他汀鈣化學-酶法合成生產線；氨基酸、特種維生素、功能性糖和糖醇實現大規模生產……依托院士專家工作站、浙工大—企業共創研究中心、政校企共建的地方研究院、項目合作開發、成果轉化等“政產學研”合作模式，將實驗室成果推向產業化，支撐了“長三角合成生物制造大走廊”的發展，2024年度，大走廊實現總營收達近千億，且規模還在持續擴大，影響力向全國延伸。

    “合成生物制造正在改變著物質的生產方式，實現生產原料、制造過程、產品性質的重大革新。通過建立低污染、低能耗、高原子經濟性的產品生產路線，降低碳排放、提高生產效率，這項技術將引領工業制造新的產業革命。”鄭裕國展望道，“合成生物制造引領形成的新型工業體系正加速形成新質生產力，必將支撐國民經濟的快速發展。”