通過基因改造酒釀酵母等細菌，利用發酵即可合成各類原本需化學合成或從天然原料提取的化合物，這便是生物制造。華東理工大學教授魏東芝團隊研發出的角鯊烯制造新工藝，一改以往只能從鯊魚身上提取的傳統方式，通過“定制酶”與酵母菌改造，讓酵母“釀”出高純度角鯊烯，20噸發酵罐單次產能可替代3000頭鯊魚的提取量。該產品已獲國內外多項認証，廣泛應用於疫苗佐劑、醫藥、化妝品、保健品等領域。

魏東芝團隊攻克的這道生物制造難題，只是其“多酶協同催化體系及生物基產品綠色制造技術創新與產業化”項目在20余年發展中解決的諸多挑戰之一。目前，由項目發展而來的“多酶協同催化體系”已實現20余種醫藥、化工等產品原料的生物制造，堪稱生物基產品制造的“工具箱”。近日，2025年度中國石油和化學工業聯合會科學技術獎揭曉，該項目獲科技進步獎（含基礎研究類）特等獎。

深耕底層，攻堅技術壁壘

對底層技術的執著，是這個“工具箱”能解決多項生物制造問題的關鍵。在微生物世界中，酶就像一把精密的“鑰匙”，能開啟各類催化反應通道，是生物制造的關鍵之一。然而，一個反應常常需要多種酶混合作用，且常會遇上流程斷裂、效率低下等問題。

“如果把通過酶進行的反應比作搭積木，那麼，簡單混合后，這些‘積木’搭到一起的效率很低。但我們對酶進行了專門的設計，好比在積木上設置了能讓它們搭到一起的卡扣，這樣反應就更容易了。”魏東芝介紹，沿著這種“酶工程”的思路，團隊研發的多酶級聯生物催化技術使得多種不同的酶能夠“步調一致”地高效協同工作。

更具挑戰性的是長期堅持同一研究方向、持續開展攻關探索。“二十多年來，我們團隊始終專注特定的研究方向，‘不為潮流所動’。”魏東芝說，“隻有鑽研和擁有自己獨特的底層技術，才可能把一項工作做到極致。”

在角鯊烯制造工藝研發中發揮重要作用的多細胞器工程改造技術便是長期深耕同一研究方向的成果。“細胞跟人體一樣，也有各種‘器官’——細胞器。把反應放在一個細胞器中進行，空間更緊湊，效率也更高。”魏東芝說，角鯊烯是該項技術協助實現的第一個重要化合物，但即便短期內沒有重大項目的實際需求，團隊仍會錨定該技術方向，開展系統性研發工作。這份堅守最終獲得了豐厚回報：從角鯊烯的成功量產開始，該項技術開辟了數萬種同類精細化學品生物制造的途徑。“底層技術是通用的。萬變不離其宗。”魏東芝說。

此外，團隊還攻克了從海量基因中高效篩選目標酶的工業酶快速精准定制技術，實現了低成本、無抗生素添加、培養基100%國產化的發酵技術，並構建起擁有萬余種自主知識產權酶的龐大酶庫……在一項又一項底層技術的托舉下，魏東芝團隊構建的“多酶協同催化體系”成為一條“專業后廚流水線”。它以玉米、秸稈等可再生生物質為“食材”，多種功能各異的酶為“廚師”，在常溫常壓下一步完成原料拆解、轉化、成型的全流程，綠色而高效地端出一道又一道化合物“菜品”。

面向產業，引領標准革新

在魏東芝擔任所長的魯華生物技術研究所一樓，幾位學生正在幾間前后連通的實驗室裡，觀察反應器中的產物與儀器上的讀數。在實驗室的盡頭，是一套大小約為半個房間的發酵罐系統，其容量為300升，設計標准與工業中的噸級發酵罐基本一致。這是研究所成立時魏東芝特地設計的一條完整的迷你生物制造“生產線”，其目標是系統解決從實驗室搖瓶到百噸級發酵罐的傳遞、控制與優化等關鍵難題，實現技術成果向產業生產力的高效轉化。

魏東芝團隊從成立起，生產端的實際問題便被納入其研究體系框架之中。

例如，團隊在研發農藥“L-草銨膦除草劑”的生物合成工藝時，雖然已經成功生成了目標產物，但它卻和保持酶活性的“緩沖液”混雜在一起。分離純化目標產物的過程非常復雜，實現量產的成本很高。

“從生產的角度出發，我們當時大膽設想，雖然‘酶必須在緩沖液裡才有活性’是教科書上的概念，但為了簡化這個反應體系，能不能讓它在純水裡面依然有活性呢？”

這一思路創新，造就了關鍵性突破。全球首條年產萬噸L-草銨膦除草劑生物合成生產線投產，打破國外技術壟斷。生產線的原料利用率近100%，幾乎無廢水排放，與傳統同類化工品生產線相比，其佔地面積、總投資額及建設周期僅為十分之一。

“當前，這項成果已經寫進了新的教科書。”魏東芝說。

團隊堅持以產業需求牽引科研創新，已累計推動100多項科技成果產業化，賦能近300家企業，近三年創造經濟價值超1500億元。醫藥級角鯊烯的從頭合成與規模化工業量產，百萬噸級檸檬酸生產線原料利用率近100%……“科研成果的價值，絕不應僅僅以論文和專利的數量來衡量。”魏東芝經常這樣跟團隊師生說。目前，團隊正推動綠色生物技術的系統化、規模化應用，為我國建設“生物制造強國”貢獻力量。（馮妍 王春）