PHAに関しては、なじみがないと感じるかもしれません。
しかし、PHAが食器、食品包装、3D印刷、繊維繊維、医療機器などの多くの分野で使用され始めているとあなたに言うと、それは私たちの生活からそれほど遠くないと感じるでしょう。
「PHAは、細胞から栽培された新しい材料であるポリヒドロキシアルカン酸材料のファミリーです。本質的に完全に分解され、無毒で無害です。」 Tsinghua Universityの生命科学部教授であり、Synthetic and Systems BiologyセンターのディレクターであるChen Guoqiangは、科学技術のレポーターが毎日レポーターにインタビューを受けたときにこのように紹介しました。
早くも30年前、チェン・グオキアンは、PHAが将来の緑の材料の方向であると判断し、ためらうことなくバイオ製造PHAの研究開発に着手しました。 「これは継続的な試行錯誤のプロセスです。私たちは何度も何度も壁にぶつかり、何度も何度も突破しました。」彼は言った。
「細菌汚染」の痛みを解決する
石油ベースのプラスチックの使用を減らし、より多くの白い汚染を引き起こすことを避けるために、研究者は分解性の代替材料を探していました。バイオ製造は、代替材料の認識されている生産パスの1つです。
「名前が示すように、バイオ製造は、生物を再設計して変換して、優れた性能でシャーシ細胞を取得し、これらの細胞を工場として使用して、人間に必要なさまざまな材料を生産することです。」チェン・グオキアンは記者団に語った。
多くの生体材料の中で、PHAには生体適合性、熱可塑性、および分解性の利点があります。 1994年の過去数年間の探査と実践に基づいて、海外でポスドク研究を完了したチェン・グオキアンは、チームを結成し、PHAの大量生産を達成する方法を研究することに集中するためにティングア大学に来ました。
「研究室では、多くの問題を公開するのは簡単ではありません。工場では、スケールが拡大すると、すべての問題が発生します。」 Chen Guoqiangは、最初の問題は「汚染」であることを発見しました。微生物細胞を栽培する過程で、他の菌類と微生物がそれらとともに成長することを発見しました。
微生物細胞が「汚染」されると、発酵プロセス全体が大きな損失をもたらし、再び最初にやり直さなければなりません。細胞が感染しないようにするには、厳密な無菌操作を実行する必要があります。これは、機器と人員を要求し、エネルギー消費量が高くなります。
「私たちは多くの種類の微生物を試しましたが、この問題を解決することはできませんでした。」チェン・グオキアンは、偶然に、彼が極度の微生物を考えたことを思い出した。
極端な微生物は一般に、通常の微生物が生き残るのが難しく、他の微生物に容易に感染することがない極端な環境で成長します。それにより、PHA生産プロセスは、複雑で面倒な滅菌作業を必要とせずに、比較的オープンになる可能性があります。
そのため、チェン・グオキアンは、「汚染」するのが困難な好塩性微生物に注意を向けました。
残念ながら、チームメンバーは多くの場所で検索しましたが、すべてが無駄に戻りました。 2006年まで、彼らは最終的に、塩湖から回収された土壌サンプルからの塩耐性と急速な成長特性の両方で株を最終的に分離しました。これは好塩性菌です。
「シャーシ」の基礎を構築する
適切な株で、シャーシ細胞の構築がバイオ製造を達成するための鍵になりました。
「シャーシ細胞は、発酵プロセス中にグルコース、澱粉、植物油などの再生可能バイオマスをPHAに変換できます。」チェン・グオキアンは、「彼らは工場の機械のようなものであり、必要なポリマー材料を継続的に生産できる」と述べた。
シャーシ細胞を取得するには、好塩性細菌の遺伝子を分解して組み立てる必要があります。新しい問題が発生します - ハロフィルは特別すぎて、既製の分子操作ツールがありません。
「「分子メス」、「分子縫合針」、および「分子輸送体」はすべて必要なツールです。」チェン・グオキアンは、「微生物遺伝子をそれぞれ切断、再結合、輸送する責任がある」と説明した。
ツールがなければ、ハロフィールは見ることができるが使用されていない「ブラックボックス」のようなものです。
プラスミドベクターは、再結合遺伝子をレシピエント細胞に導入する原因となる「分子輸送体」を一般的に使用しています。 「このツールだけでも多くのエネルギーが消費されています。」チェン・グオキアンは記者団に、チームは何百もの既存のプラスミドを試したが、どれも成功しなかったと語った。
何をするか？スコープのみを拡張し、新しいプラスミドを見つけます。絶え間ない努力の後、誰もが潜在的な200を超えるプラスミドをスクリーニングし、それらを1つずつテストし、最終的にターニングポイントに導かれました - そのうち3つを使用できます！
プラスミドでは、微生物遺伝子修飾の「ブラックボックス」が開かれました。
これに基づいて、チームは、遺伝子編集、代謝規制、ネットワーク最適化のための一連のツールを開発しました。これにより、さまざまなレベルのシャーシ細胞のパフォーマンスを変更および調節できます。
R＆Dチームは、分子操作ツールの開発に10年間かかりました。 「このプロセスは非常に苦痛です。」チェン・グオキアンは、成功の秘密は信仰と粘り強さであることを認めた。
最後に、シャーシ細胞はチームによって構築されました。
「次のステップは生産検証です。発酵プロセスの改善、細菌の形態変換、物質分離と抽出の困難を克服するためにさらに7年か8年を費やし、産業の増幅「デスバレー」を越えました。 Tsinghua Universityの生命科学部の準研究者が紹介しました。
「変容」の道に足を踏み入れる
2018年、産業の増幅中、チェン・グオキアンは「次世代の産業バイオテクノロジー」を国際的に提案し、「小規模試験」、「パイロットトライアル」、大規模生産で検証されました。
しかし、これは、この技術が企業によって認識されることを意味するものではありません。チームは、結果の新しいレベル変換に直面しています。
「「次世代産業バイオテクノロジー」は、生産に滅菌を必要としない連続発酵システムを使用しています。これは、オープン、高効率、低エネルギー消費、水保存の利点があります。これは、従来のバイオ製造技術の2.0アップグレードバージョンです。」 Wu Fuqingは、これらの破壊的な特徴が伝統的な発酵会社を心配させていると述べた。
「それは常に厳密に密閉され、高温で滅菌されてきました。あなたはそれを必要としないと言ったので、あなたはそれを必要としませんか？」一部の企業は、R＆Dチームが「だまされている」とさえ考えています。
いくつかのひねりとターンの後、チームはついに大規模な発酵会社を試してみようとしていることを発見しました。相手の懸念を払拭するために、発酵テストが現場で行われました。
200立方発酵タンク、最初のテスト、成功！
相手のエンジニアが疑われる：「運」要因はありますか？その後、もう一度やり直してください、それはまだ成功します！協力に成功しました。
2021年、エンタープライズエンタープライズビージングワイグーチャンバイオテクノロジーCo.、Ltd。（以下「Weiguochang」と呼ばれる）が確立され、工業化がファーストレーンに入りました。
「会社の設立後、市場の指導の下で、実験室の科学的研究の進歩が加速されました。」 Weiguochangの副社長であるOuyang Pengfei氏は、「過去には、株は9年間で3世代を過ごしました。近年、彼らは1年で3世代を反復しました。世代。」
反復により、緊張がより良いパフォーマンスを与え、工業化のためのより強固な基盤を築きました。
年間1,000トンの生産量を持つインテリジェントプロダクションデモンストレーションラインが北京のシュニーに建設され、年間出力がYichang、Hubeiで30,000トンの生産ベースが設立されました...」医療グレードのPHA産業の適用を促進し、AnhuiのHefeiに「灯台工場」を建設するためのバイオテクノロジーは、さまざまなアプリケーションシナリオを調査します。」 Ouyang Pengfeiが紹介しました。
2023年、塩性菌の開発と利用、および業界への「次世代産業バイオテクノロジー」の貢献に基づいて、国際代謝工学協会はチェン・グオキアンに「国際代謝工学賞」を授与しました。今日、関連技術は、バイオ製造のオープン生産に広く使用されています。
最近開催された全国科学技術会議、全国科学技術賞会議、および2人のアカデミーの学者会議で、Xi Jinping書記長は、将来の科学技術と産業開発の指揮された高さを目指しなければならないことを強調しました。新世代の情報技術、人工知能、量子技術、バイオテクノロジー、新しいエネルギー、新しい材料の分野における科学技術革新を加速し、新興産業と将来の産業を栽培および発展させます。
未来に目を向けると、チェン・グオキアンは自信に満ちています。「科学的技術革新と産業革新の深い統合をしっかりと促進し、PHA工業化のレベルを改善し続け、「二重炭素」の私の国の実現に貢献します。ゴールとグリーン開発！」
