2008年，清華大學合成與係統生物學中心主任陳國強教授和他的團隊在新疆艾丁湖的高鹽、高堿極端環境中發現了一種特殊的微生物：嗜鹽菌（Halomonas）。隨後他們將這一菌株帶回，並與清華大學的科研團隊進行了一係列的研究和培養實驗。研發人員通過基因編輯和其他生物工程技術，對菌株添加並優化了多個性能；經過發酵、提純、測試等多個步驟後，最終成功將這個特殊的微生物從大自然引入到塑料替代品的生產線中。
“一般的微生物無法在高鹽、高堿的極端環境中生存，我們篩選出的微生物具有在極端環境中生存的優勢，這種環境直接隔絕了其他潛在微生物的侵入。因此，我們能夠實施一種完全開放、連續的發酵過程，極大地簡化了工業生產體係。”北京微構工場生物技術有限公司副總裁歐陽鵬飛近期接受界麵新聞采訪時表示，使用這一菌種的產線也減少了額外的滅菌工作，有效降低了生產成本，並減少約50%的生產能耗。
“陳國強教授的團隊先前也是采用傳統的工業生物技術（CIB），例如使用大腸杆菌作為微生物底盤。但在生產過程中，這種方法經常遇到微生物汙染的問題。這促使陳國強教授轉向開發嗜鹽菌。” 國際代謝工程獎評選委員會主席、韓國科學院化學與生物分子工程係傑出教授、代謝與生物分子工程國家實驗室主任Sang Yup Lee（李相燁）院士評價。
隨著清華大學科研團隊與微構工場對菌株的持續性研發，2018年之後菌株已連續迭代至20餘代。另外，該團隊已完成多種材料的聚合，使產品性能適應於不同市場需求。目前微構工場的產線可用於生產生物可降解材料PHA（聚羥基脂肪酸酯）、 化妝品原料四氫嘧啶、大宗化工產品戊二胺、蛋白酶類等多種產品。PHA（聚羥基脂肪酸酯）是一種由微生物通過發酵過程製造出來的可降解塑料，它的原料通常來自可再生資源，如糖或澱粉。
之所以尋求塑料的替代品，是因為塑料的不可降解特性，以及生產過程產生的能源消耗與溫室氣體排放。傳統塑料一般由石油或天然氣這類非可再生原料製成，這種合成聚合物可能需要幾百年或更久才能在自然環境中完全分解，對土壤、水體、生物等造成損害。相比之下，PHA可以在自然環境中通過3-6個月的時間完全分解，是一種環境友好的塑料替代品。
今年6月，微構工場在湖北宜昌啟動了預計年產3萬噸的PHA可降解材料綠色智能製造項目。去年10月，該公司也在北京中德產業園正式投產了一條采用數字孿生引擎技術的智能生產示範線。其中，數字孿生技術相當於一個“虛擬實驗室”；通過實時數據和模型，模擬整個生產過程，可以提前預測出一些潛在性問題。這項技術可以幫助產品進行各種測試和優化、減少生產成本和提高效率。
根據聯合國環境規劃署的數據，孟加拉國在2002年成為全球第一個實施塑料袋禁令的國家，目的是解決塑料袋導致排水係統堵塞從而加劇洪災的問題。接著，中國政府在2007年底發布了“限塑令”，旨在減緩塑料袋對環境造成的“白色汙染”，該政策在2008年6月1日開始實施。到2017年為止，全球已經有超過20個國家跟進實施了類似的禁塑政策。
受到全球政策的推動，PHA市場的前景逐漸明朗，並促進了這一生物可降解材料的全球產業化發展。全球範圍內PHA主要的生產企業包括德國Biomers、日本Kaneka、美國Danimer、新加坡RWDC、美國Newlight和我國的寧波天安生物材料、藍晶微生物、珠海麥得發生物科技、微構工場等。
“中國PHA生產的規模和技術處於全球比較領先的位置。但PHA產業化仍處於起步階段，而且下遊應用有待完善。業內預計，從批量化生產到下遊市場放量采購仍需2-3年的時間。” 一位國內專注研究生物基材料博士向界麵新聞表示。
微構工場歐陽鵬飛告訴界麵新聞，PHA適用場景比較廣泛，因為這種材料同時擁有生物可降解（海洋、土壤、水等自然環境可降解和家庭、工業堆肥可降解）、生物相容、光學活性等特點，材料可以應用於日用品，如一次性製品、食品包裝、紡織纖維；也可被應用於汽車內飾、寵物用品等；甚至在化妝品中替代傳統的微珠。此外，PHA也可應用於高附加值的醫藥領域，如作為藥物緩釋載體、微球，用於製造心髒支架、止血夾、手術縫線等。微構工場也正在與北大口腔醫院聯合開發PHA口腔修複膜，該材料表現出良好的修複和促進牙齦再生的效果。
另外，PHA還能被開發為動物飼料，也能被海洋動物消化食用。其中一個PHA的組成單體是3-HB（3-羥基丁酸），是一種具有生物活性的酮體，當將含有3-HB的PHA用作動物飼料時，這些生物活性分子可能有助於刺激動物的生長，提高動物生產效率，這一特性有望推動PHA在更多應用領域的商業化。
1992年，英國的阿斯利康（AstraZeneca）曾計劃將PHA產業化，但當時該材料的生產成本高達8-10美元/千克，遠高於傳統塑料，這也導致了建廠計劃被擱置。過去三十年中，合成生物學的進步有望持續釋放產能，進一步降低成本。PHA的產業鏈上遊主要涉及有玉米、煤炭、活性炭、硫酸等原材料，下遊主要應用於紡織業、塑料工業、農用地膜、包裝材料、現代醫藥材料、3D打印等。
微構工場歐陽鵬飛告訴界麵新聞，PHA生產是一個非常複雜的產業鏈條，同時也麵臨著複雜的研發和應用挑戰。
“由於PHA有多種不同的類型，目前我們能生產30多種不同的PHA，所以研發人員需要在大量研究和測試中找到最適合特定應用場景的PHA。而且實驗室的測試結果和實際應用環境中的性能可能存在差異，這需要通過場景模擬和長期穩定性測試來確認。”歐陽鵬飛指出，“由於這些挑戰涉及多個學科領域，實現PHA在各個應用領域的成功推廣，需要跨學科的研究和跨行業的合作。”
今年三月份，微構工場與20餘家高校、企業展開合作並成立“合成生物+生物製造”創新聯盟。此前，微構工場與全球工業酶製劑和工業微生物生產廠商諾維信合作，推動餐廚廢棄物資源化利用，微構工場通過開發一種改造過的嗜鹽菌，能夠在餐廚廢棄物水解物中生長，與諾維信共同推動餐廚廢棄物的資源化利用。微構工場還與安琪酵母合作了一個總投資10.5億元人民幣的PHA可降解材料的智能製造項目，預計年產3萬噸；與中國紡織科學研究院合作開發PHA相關的紡絲技術，為紡織行業拓展綠色生物材料提供一個可選項；與恒鑫生活合作，開發基於PHA和PLA（聚乳酸，一種新型生物降解材料，使用可再生的植物資源提出的澱粉原料製成）的共混改性產品如PHA刀叉、吸管等，恒鑫生活是喜茶、蜜雪冰城、瑞幸咖啡等多家品牌背後的包裝材料供應商。
來源：界麵新聞
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