Puede sentirse desconocido cuando se trata de PHA.
Pero si le digo que PHA ha comenzado a usarse en muchos campos, como la vajilla, el embalaje de alimentos, la impresión 3D, las fibras textiles, los dispositivos médicos, etc., sentirá que no está lejos de nuestras vidas.
"PHA es una familia de materiales de polihidroxialalcanoato, que es un nuevo material cultivado a partir de las células. Es completamente degradable por naturaleza y no es tóxico e inofensivo". Chen Guoqiang, profesor de la Escuela de Ciencias de la Vida de la Universidad de Tsinghua y director del Centro de Biología sintética y de Sistemas, lo presentó de esta manera cuando fue entrevistado por un reportero de Science and Technology Daily.
Hace 30 años, Chen Guoqiang determinó que PHA era la dirección de los futuros materiales verdes y se embarcó en la investigación y el desarrollo de la PHA de biomanufacturación sin dudarlo. "Este es un proceso de prueba y error continuos. Llegamos a la pared una y otra vez, y rompimos una y otra vez". Dijo.
Resuelve el dolor de "contaminación bacteriana"
Para reducir el uso de plásticos a base de petróleo y evitar causar más contaminación blanca, los investigadores han estado buscando materiales alternativos degradables. La biomanufacturación es una de las rutas de producción reconocidas de materiales alternativos.
"La biomanufacturación, como su nombre indica, es rediseñar y transformar organismos para obtener células de chasis con un rendimiento excelente, y luego usar estas células como fábricas para producir diversos materiales que los humanos necesitan". Chen Guoqiang dijo a los periodistas.
Entre muchos biomateriales, PHA tiene las ventajas de biocompatibilidad, termoplasticidad y degradabilidad. Basado en la exploración y la práctica de los últimos años, en 1994, Chen Guoqiang, quien había completado la investigación postdoctoral en el extranjero, llegó a la Universidad de Tsinghua para formar un equipo y concentrarse en estudiar cómo lograr la producción en masa de PHA.
"En el laboratorio, muchos problemas no son fáciles de exponer. En la fábrica, una vez que la escala se amplía, todos los problemas vendrán". Chen Guoqiang descubrió que el primer problema era la "contaminación", en el proceso de cultivo de células microbianas, otros hongos y microorganismos crecerán con ellos.
Una vez que las células microbianas están "contaminadas", todo el proceso de fermentación debe comenzar de nuevo, con grandes pérdidas. Para evitar que las células se infecten, se debe llevar a cabo una operación aséptica estricta, lo que exige el equipo y el personal, y tiene un alto consumo de energía.
"Probamos muchos tipos de microorganismos, pero no pudimos resolver este problema". Chen Guoqiang recordó que por casualidad pensó en microorganismos extremos.
Los microorganismos extremos generalmente crecen en entornos extremos donde los microorganismos ordinarios les resulta difícil sobrevivir, y no son fácilmente infectados por otros microorganismos. Con él, el proceso de producción de PHA puede ser relativamente abierto, sin la necesidad de operaciones de esterilización complejas y engorrosas.
Entonces Chen Guoqiang dirigió su atención a los microorganismos halófilos que son difíciles de "contaminar".
Desafortunadamente, los miembros del equipo buscaron en muchos lugares, pero todos regresaron en vano. No fue sino hasta 2006 que finalmente aislaron una tensión con tolerancia a la sal y características rápidas de crecimiento de una muestra de suelo recuperada de un lago salado con una baja latitud, gran diferencia de temperatura entre el día y la noche, y una mayor salinidad que el agua de mar. Esta es la bacteria halófila.
Construyendo la base del "chasis"
Con la tensión correcta, la construcción de células del chasis se ha convertido en la clave para lograr la biomanufactura.
"Las células del chasis pueden convertir la biomasa renovable como la glucosa, el almidón y el aceite vegetal en PHA durante el proceso de fermentación". Chen Guoqiang dijo: "Son como máquinas en una fábrica, que pueden producir continuamente los materiales de polímero que necesitamos".
Para obtener células de chasis, los genes de las bacterias halófilas deben ser desmontados y ensamblados. Siguieron nuevos problemas: los halófilos son demasiado especiales y carecen de herramientas de manipulación molecular preparada.
"'Escamas moleculares', 'agujas de sutura molecular' y 'transportadores moleculares' son todas las herramientas necesarias". Chen Guoqiang explicó: "Son responsables de cortar, recombinar y transportar genes microbianos respectivamente".
Sin herramientas, los halófilos son como una "caja negra" que se puede ver pero no se usa.
Los vectores plásmidos se usan comúnmente "transportadores moleculares" que son responsables de introducir genes recombinados en las células receptoras. "Esta herramienta por sí sola ha consumido mucha de nuestra energía". Chen Guoqiang dijo a los periodistas que el equipo ha probado cientos de plásmidos existentes, pero ninguno de ellos tuvo éxito.
¿Qué hacer? Solo expanda el alcance y encuentre nuevos plásmidos. Después de esfuerzos incontables, todos seleccionaron más de 200 plásmidos con potencial, los probaron uno por uno y finalmente introdujeron un punto de inflexión, ¡se pueden usar 3 de ellos!
Con los plásmidos, se ha abierto la "caja negra" de la modificación genética microbiana.
Sobre esta base, el equipo ha desarrollado una serie de herramientas para la edición de genes, la regulación metabólica y la optimización de la red, que puede modificar y regular el rendimiento de las células del chasis desde diferentes niveles.
El equipo de I + D tardó diez años completos en desarrollar herramientas de manipulación molecular. "Este proceso es muy doloroso". Chen Guoqiang admitió que el secreto del éxito es la fe y la persistencia.
Finalmente, las células del chasis fueron construidas por el equipo.
"El siguiente paso es la verificación de la producción. Pasamos otros siete u ocho años para superar las dificultades de la mejora del proceso de fermentación, la transformación de la morfología bacteriana, la separación y extracción de materiales, y cruzamos la amplificación industrial" Death Valley ". Wu Fuqing, un miembro del equipo y un miembro del equipo y un miembro del equipo y Investigador asociado en la Escuela de Ciencias de la Vida de la Universidad de Tsinghua, presentada.
Pase el camino de la "transformación"
Durante la amplificación industrial, en 2018, Chen Guoqiang propuso por primera vez "biotecnología industrial de próxima generación" internacionalmente, y se verificó en "ensayos a pequeña escala", "ensayos piloto" y producción a gran escala.
Pero esto no significa que esta tecnología pueda ser reconocida por las empresas. El equipo enfrenta una nueva transformación de nivel de resultados.
"'La biotecnología industrial de próxima generación' utiliza un sistema de fermentación continua que no requiere esterilización para la producción. Tiene las ventajas de abierta, alta eficiencia, bajo consumo de energía y conservación del agua. Es una versión mejorada de 2.0 de la tecnología tradicional de biomanufacturación". Wu Fuqing dijo que estas características subversivas han preocupado a las compañías de fermentación tradicionales.
"Siempre ha sido estrictamente sellado y esterilizado a alta temperatura. Dijiste que no lo necesitas, ¿así que no lo necesitas?" Algunas compañías incluso piensan que el equipo de I + D está "engañando".
Después de varios giros y vueltas, el equipo finalmente encontró una gran compañía de fermentación dispuesta a probar. Para disipar las preocupaciones de la otra parte, la prueba de fermentación se realizó en el sitio.
200 tanque de fermentación cúbica, la primera prueba, éxito!
El ingeniero de la otra parte sospecha: ¿Hay un factor de "suerte"? Luego intente nuevamente, ¡todavía tendrá éxito! La cooperación se alcanzó con éxito.
En 2021, se estableció la empresa de transformación de logro-beijing Weiguochang Biotechnology Co., Ltd. (en adelante "Weiguochang"), y la industrialización ingresó al carril rápido.
"Después del establecimiento de la empresa, bajo la guía del mercado, se ha acelerado el progreso de la investigación científica de laboratorio". Ouyang Pengfei, vicepresidente de Weiguochang, dijo: "En el pasado, las cepas tuvieron tres generaciones en 9 años; en los últimos años, se han iterado tres generaciones en un año; este año, se espera que se exiten de 4 a 5 generaciones ".
La iteración ha dado a las cepas un mejor rendimiento y ha sendido una base más sólida para la industrialización.
Se ha construido una línea de demostración de producción inteligente con una producción anual de 1,000 toneladas en Shunyi, Beijing, y se ha establecido una base de producción con una producción anual de 30,000 toneladas en Yichang, Hubei ... "También nos hemos unido a Chuan Ning Biotecnología para promover la aplicación de la industria de PHA de grado médico y construir una 'fábrica de faro' en Hefei, Anhui para explorar varios escenarios de aplicación ". Ouyang Pengfei introdujo.
En 2023, basado en el desarrollo y la utilización de bacterias halófilas y la contribución de la "biotecnología industrial de próxima generación" a la industria, la Sociedad Internacional de Ingeniería Metabólica otorgó a Chen Guoqiang el "Premio Internacional de Ingeniería Metabólica". Hoy, las tecnologías relacionadas se han utilizado ampliamente en la producción abierta de biomanufactura.
En la recientemente celebrada Conferencia Nacional de Ciencia y Tecnología, la Conferencia Nacional de Premios de Ciencia y Tecnología y la Conferencia de Académicos de las Dos Academias, el Secretario General Xi Jinping enfatizó que debemos apuntar a las alturas dominantes de la ciencia y la tecnología futura y el desarrollo industrial, Acelere la innovación científica y tecnológica en los campos de la tecnología de la información de nueva generación, la inteligencia artificial, la tecnología cuántica, la biotecnología, la nueva energía y los nuevos materiales, y cultiven y desarrollen industrias emergentes e industrias futuras.
Mirando hacia el futuro, Chen Guoqiang está lleno de confianza: "Promoveremos sólidamente la profunda integración de la innovación científica y tecnológica y la innovación industrial, continuaremos mejorando el nivel de industrialización de PHA y contribuiremos a la realización de mi país del" doble carbono " Objetivo y desarrollo verde! "
