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在大湾区ღ★◈◈，一位90后科学家奋力出击ღ★◈◈，勇闯合成生物学“死亡谷”ღ★◈◈，为自己ღ★◈◈，也为这个新赛道ღ★◈◈，打开了一扇窗ღ★◈◈。最近ღ★◈◈，身为华南理工大学生物科学与工程学院教授的叶健文ღ★◈◈，围绕微生物细胞工厂设计和下游工业应用ღ★◈◈，正不断发掘以盐单胞菌ღ★◈◈、大肠杆菌等为底盘的生物制造潜力ღ★◈◈。
“为合成生物学探索更多‘国产化’创新方案ღ★◈◈，青年科学家责无旁贷ღ★◈◈。”5月20日ღ★◈◈，叶健文接受科技日报记者采访时表示ღ★◈◈。
石油基塑料在自然环境中ღ★◈◈，可能数百年都不会被分解ღ★◈◈。在当前全球碳中和的大背景下艳修少爷ღ★◈◈，合成生物技术表现出明显的绿色优势ღ★◈◈。但生物塑料的推广ღ★◈◈，一直受到生产成本的极大限制ღ★◈◈。
“自然界中ღ★◈◈，部分微生物可合成一种叫PHA的生物塑料ღ★◈◈。不同的聚合单元结构可以带来不同的性能和应用ღ★◈◈，人们一直在寻找更新结构的PHAღ★◈◈，希望能把生产成本降下来ღ★◈◈。”叶健文说艳修少爷ღ★◈◈，对生物制造来说ღ★◈◈，微生物选育非常重要ღ★◈◈。
盐单胞菌堪称细菌中的“藏獒”ღ★◈◈，具有强大的极端环境适应性以及快速生长的特性ღ★◈◈，不易被其他微生物感染ღ★◈◈。“盐单胞菌所具有的环境生存优势ღ★◈◈，在工业上可实现开放式发酵而不必担心染菌ღ★◈◈，因此具有天然的成本竞争优势ღ★◈◈。”叶健文希望ღ★◈◈，经代谢强化和发酵优化ღ★◈◈，盐单胞菌能成为更通用的工业底盘ღ★◈◈，为破解合成生物学成本难题ღ★◈◈，提供可能的突破方向ღ★◈◈。
“针对嗜盐单胞菌的基因改造和生产放大ღ★◈◈，此前一直不被看好ღ★◈◈，可参考的文献也极少ღ★◈◈，很有挑战性ღ★◈◈。”叶健文透露ღ★◈◈，在经历过多次失败之后ღ★◈◈，他无意中从挂在实验室墙上的代谢通路“地图”获得启示ღ★◈◈，找到了新的目标合成通路ღ★◈◈，对盐单胞菌进行代谢改造ღ★◈◈，从而获得了突破ღ★◈◈。
然而ღ★◈◈，进入中试车间后ღ★◈◈，难题又接踵而至ღ★◈◈。甚至为了解决中试放大出现的问题凯发k8国际app下载ღ★◈◈，叶健文创下了连续70多小时不眠不休的工作纪录ღ★◈◈。
“在实验室哪怕已经构建出可用于发酵生产放大的工程菌ღ★◈◈，也可能在放大生产中被一个很小的问题卡住ღ★◈◈，导致产业化进程被搁置ღ★◈◈。”对此ღ★◈◈，叶健文感触颇深ღ★◈◈。例如ღ★◈◈，面对全新设计的5立方塑料发酵罐ღ★◈◈，一开始ღ★◈◈，叶健文怎么做都达不到预期的放大效果ღ★◈◈。
摆在他面前的ღ★◈◈，是一个史无前例的发酵罐体ღ★◈◈。细菌生命活动有什么变化？受热是否均匀？搅拌与菌液混合效果是否匹配？像老侦探破案一样ღ★◈◈，叶健文从蛛丝马迹中寻找答案ღ★◈◈，最终问题迎刃而解ღ★◈◈。由此ღ★◈◈，他建立起基于盐单胞菌的生物过程强化与放大理论计算模型ღ★◈◈。
让叶健文高兴的是凯发k8国际app下载ღ★◈◈，他和众多的合作伙伴ღ★◈◈，不仅仅简单走通了工艺ღ★◈◈，更是完成了从PHA发酵生产ღ★◈◈、分离纯化ღ★◈◈、质检质控到产品化的全流程ღ★◈◈。也就是说ღ★◈◈，这项研究具备了完全工业化的条件ღ★◈◈。而这项世界领先的嗜盐微发酵生产PHA技术ღ★◈◈，将PHA生产成本降低了至少30%ღ★◈◈。
从实验室研发到工业量产ღ★◈◈，常常被比作合成生物学的“死亡谷”ღ★◈◈。想要成功跨越“死亡谷”ღ★◈◈，必须打通上游技术到下游产业化的“最后一公里”ღ★◈◈。但相对于上游的“繁花盛开”ღ★◈◈，下游产业化要显得后知后觉一些ღ★◈◈。
回望自己的学术经历ღ★◈◈，叶健文说ღ★◈◈，科研和创业是核心关键词ღ★◈◈。一方面ღ★◈◈，围绕微生物底盘细胞进行基因改造ღ★◈◈；另一方面ღ★◈◈，努力将研究成果投入到工业生产中ღ★◈◈。
“要把生物制造的产学研用命题始末下沉至生产一线艳修少爷ღ★◈◈，要时刻保持上下游技术反馈联动的‘大局’操持意识凯发k8国际app下载ღ★◈◈，要有‘为所不敢为ღ★◈◈，为所不能为’的勇气和底气ღ★◈◈。”叶健文总结了自己未来工作的“三要”原则ღ★◈◈。他表示ღ★◈◈，未来工作重点更多是聚焦功能蛋白ღ★◈◈、功能PHA材料ღ★◈◈、氨基酸衍生物等产物高效合成目标ღ★◈◈，围绕底盘设计ღ★◈◈、原料利用凯发k8国际app下载ღ★◈◈、代谢改造ღ★◈◈、发酵放大ღ★◈◈、全流程生产集成等关键环节ღ★◈◈，不断探索生物制造新方案ღ★◈◈、新范式ღ★◈◈。其中ღ★◈◈，两个关键问题是ღ★◈◈，如何理解和发掘微生物的生命活动规律？如何实现生物发酵过程的智能化设计与控制？
“生命科学的发展进步ღ★◈◈，给我们带来了越来越快的生命认知边界的拓展ღ★◈◈。然而ღ★◈◈，生命系统的未知性边界同样也在迅速扩张ღ★◈◈，这对于微生物的代谢改造和应用来讲既有利好ღ★◈◈，又有挑战ღ★◈◈。”叶健文表示ღ★◈◈，对于微生物而言ღ★◈◈，生物合成的高效率于生命体而言是一个自身细胞资源被强制夺取的破平衡过程ღ★◈◈。因此ღ★◈◈，回归第一性原理的客观性ღ★◈◈，回归生命体自然演进的逻辑本真ღ★◈◈，是解锁微生物细胞工厂设计黑箱子问题的关键ღ★◈◈。
这是合成生物迈过“死亡谷”的主要底层科学“迷宫”之一ღ★◈◈。“生物过程的智能化控制与优化设计是快速拉升‘死亡谷’最低海拔的有效方法之一ღ★◈◈。同时也是一个全球性难题ღ★◈◈。”叶健文认为ღ★◈◈，生物过程的自动化和智能化发展ღ★◈◈，不仅可以缩短上游技术到下游生产的距离ღ★◈◈，同时也可以带动下游工程配套产业链的进步ღ★◈◈。
“合成生物学作为未来的颠覆性技术之一ღ★◈◈，正在快速向实用化和产业化方向发展ღ★◈◈，在‘双碳’ღ★◈◈、生物材料ღ★◈◈、生物信息技术和人工智能领域方面都会发挥其独特的作用ღ★◈◈，对于改变我国产业经济增长方式ღ★◈◈、实现产业绿色可持续发展具有重要的战略意义ღ★◈◈。”中国科学院院士ღ★◈◈、中国生物工程学会理事长高福曾经公开表示ღ★◈◈。
随着“双碳”目标的提出ღ★◈◈，生物制造备受市场关注ღ★◈◈。对于叶健文来说ღ★◈◈，他看到的ღ★◈◈，是青年学者在一个全新赛道里的“造物”机遇ღ★◈◈。
从华南理工大学本科毕业后ღ★◈◈，叶健文被保送至清华大学攻读博士ღ★◈◈，师从陈国强教授ღ★◈◈，研究工作跨越极端微生物代谢改造ღ★◈◈、发酵优化ღ★◈◈、生物过程设计与放大等生物制造领域的上游技术与下游工程难题ღ★◈◈。目前ღ★◈◈，叶健文正带领团队ღ★◈◈，围绕微生物底盘设计ღ★◈◈、生物大分子合成ღ★◈◈、生物过程智控等进行技术开发ღ★◈◈，目标是实现更高效ღ★◈◈、更绿色低碳的生物智造过程凯发k8国际app下载ღ★◈◈。
谈到为何选择在高校任职时ღ★◈◈，叶健文坦言ღ★◈◈，是因为看到了生物制造领域的痛点——人才缺口ღ★◈◈。也就是说艳修少爷ღ★◈◈，“育人”是 “造物”新质生产力的源泉ღ★◈◈。叶健文期待ღ★◈◈，在以科研和人才培养为主的同时凯发k8国际app下载ღ★◈◈，和企业保持密切的产学研合作ღ★◈◈，能为整个生物制造产业的技术开发应用积蓄力量ღ★◈◈。
回顾自己的科研之路ღ★◈◈，叶健文尤为感念的是ღ★◈◈，他在清华大学期间导师的精心栽培以及华南理工大学的宽松学术氛围ღ★◈◈。
基于上游菌种改造和下游工程优化的未来前景ღ★◈◈，叶健文说凯发k8国际app下载ღ★◈◈，希望在现有成果基础上凯发k8国际app下载ღ★◈◈，为进一步拓展工业生物技术宽度和深度这一共同目标ღ★◈◈，继续探索建设性的思路和可能的解决方案ღ★◈◈。
