发展绿色生物制造 服务国家双碳战略
工业生物技术被誉为第四次工业革命的核心技术之一，它以廉价可再生的生物质原料，大规模生产人类所需的化学品、医药、燃料、材料、食品等产品，是解决人类目前面临的资源、能源及环境问题的重要手段。
江南大学工业生物技术教育部重点实验室主任徐岩介绍：“像氨基酸、柠檬酸这样的一些大宗的化学品，过去很多时候靠化工的技术生产，而现在通过微生物的加工来进行生产。它最大的好处就是减少二氧化碳的排放。”
▲ 江南大学工业生物技术教育部重点实验室主任徐岩
江南大学工业生物技术教育部重点实验室以国家重大战略需求和学科发展前沿为导向，着力开展生物催化与酶技术、微生物代谢工程、现代发酵工程等三个主要研究方向的应用基础研究，在工业酶催化性能强化设计、工业菌种系统代谢重构、传统发酵微生物组合调控等方面，取得了突破性成果。
▲ 解析设计酶蛋白质 实现产业绿色升级
在江南大学工业生物技术教育部重点实验室，倪晔教授利用X-RAY晶体衍射仪，解析酶蛋白质晶体结构：“我手里拿着的这个，是刚才制备得到的一个蛋白质晶体。捞起来然后用液氮速冻以后，准备加载到这样的一个X射线衍射仪上去，来获得它的一个结构数据。”
酶是一类重要的生物催化剂，其蛋白质结构非常复杂。只有通过对酶的蛋白结构解析，才能高效、定向、可控地对蛋白质进行设计和改造，才能获得满足生产需要的工业酶。
“找到它关键的一个催化中心，以及它底部进出的通道，可以帮助我们从几百个氨基酸的范围，缩小到几十个氨基酸的范围。有了这个结构解析的帮助，可以去指导我们如何更加理性地去改造。”倪晔介绍。
近年来，倪晔教授团队针对生物催化过程中的瓶颈问题，开展蛋白质工程与生物催化研究，有针对性地改造酶的工业属性，解决工业酶资源有限、重要酶工业应用属性不足等问题。
倪晔说：“例如非常知名的一种药物立普妥，又叫阿托伐他汀，它是一种心血管药物，是美国的一家公司生产的。它的一个关键技术就是通过酶催化。原来它需要非常昂贵的金属催化剂，后来，它用三个酶解决了步骤的问题，提高了生产效率2500倍以上。这也为它获得了巨额的利润。通过这个例子我们就能知道技术的重要性。”
近年来，倪晔教授团队的相关研究成果从这个实验室走出来。其中，S腺苷蛋氨酸、功能糖、贝他斯汀手性醇中间体、D-苯乳酸等产品已实现了产业化。
▲ 江南大学工业生物技术教育部重点实验室教授倪晔
倪晔说：“通过生物催化技术在传统的化工、医药、食品等领域的应用，可以实现这些产业的升级，服务于我们国家的双碳战略。”
▲ 构建调控细胞工厂 引领行业转型进步
工业生物技术既能有助于实现化工、医药等产业的绿色升级，也为很多产品的加工提供了绿色可持续的生产方式。这间1500平米的实验室，建有通风发酵、厌氧发酵、分离提取与包装等不同中试平台。饶志明教授团队正在用中试发酵罐，做微生物发酵实验。
江南大学工业生物技术教育部重点实验室教授、国家级人才饶志明介绍：“我们可以把实验室摸索出来的，在5升发酵罐的温度、pH值、溶氧包括补料这些条件，在更大规模上去优化。然后慢慢去适应更大规模、更工业化、更粗犷的这种条件。像在中国一些大宗发酵产品，如氨基酸、有机酸、维生素，包括抗生素，工厂的发酵罐规模有百吨、500吨甚至上千吨这样的规模。”
工业菌株是发酵工业的“灵魂”。针对工业微生物生产效率低、细胞生长弱、环境耐受差的共性技术难题，实验室开展提高合成能力、强化生长性能、提升环境抗逆性等研究。以国家需求为导向，采用合成生物学前沿技术，结合基因组、蛋白质组、代谢组等现代组学技术，开发和创制高效的工业微生物菌种，积极开展工业生物技术创新并努力探索产业化发展道路。
▲ 江南大学工业生物技术教育部重点实验室教授饶志明
饶志明介绍：“前几年我们进口大豆和豆粕的时候，经常被西方国家‘卡住脖子’。这些国家坐地要价，提高价格，让我们国内的一些养猪产业压力很大。所以我们研发出一些可以在饲料里面添加的氨基酸，就可以大大减少进口。”
近五年，江南大学工业生物技术教育部重点实验室承担了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目等国家和省部级项目267项；发表高水平学术论文665篇；授权发明专利664项，其中国际专利50项，在生物制造领域发明专利家族数位列全球第一。形成了工业生物技术从基础研究到产业化应用的科研创新体系，服务国家战略需求和区域可持续发展。
徐岩说：“我们把研究成果，很好地转化到我们整个的国民经济建设这样一个主战场来。中国这样的一个生物制造大国，要走向一个生物制造强国。希望能够为我们民族的复兴作出应有的贡献。”
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稿件来源：江苏教育新闻、生工学院
