据几大咨询机构预测，本世纪末可以用生物技术生产的产品占到制造业产品的70%；其产值将会占到全球制造业产值的三分之一，约为30万亿美元重点解决两大问题，生物制造技术的应用场景在哪？生物制造技术的攻关方向在哪里？

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给这些“微型工厂”喂特定的“食物”（比如农业废弃物、甚至二氧化碳），它们就能按照我们设定的“程序”（改造过的基因指令），高效、环保地生产出我们需要的各种产品

一、生物制造技术的主要应用场景（能造什么好东西？）

就好比不同的工厂生产不同的商品，生物制造这个“活体工厂”也能生产多种多样的东西，主要分为以下几大类：

（一）健康守护者（生物医药&健康产品）

“精准医疗”药物： 用微生物或细胞生产新型疫苗（比如更安全的mRNA疫苗）、细胞与基因治疗产品（修复有问题的基因或细胞）、精准靶向抗癌药

“绿色”原料药： 传统化学制药污染大？生物制造可以更环保地生产药物原料和中间体

天然好物：有些植物里的好东西太难提取？生物制造让微生物帮忙生产人参皂苷、青蒿素等名贵天然产物或其衍生物

高端医疗装备：融合生物传感器、AI的智能诊断仪器、高端医疗器械

美丽秘方：生产高端化妆品原料（比如特定功效的肽、发酵精华），功能护肤品

特殊营养：生产特医食品（给特定疾病人群）、保健食品的有效成分

（二）材料革新者（生物基材料）

告别“白色污染”：生产可降解塑料（如聚乳酸PLA），替代石油基塑料，埋在土里能被微生物吃掉分解

新型功能材料：研发性能更强、更环保的新型聚合材料、高性能蛋白纤维材料、活体功能材料（比如能感知环境的材料）

化工替代品：用生物法生产生物基化学品，替代传统的高污染、高能耗化工产品

（三）餐桌革命家（未来食品 & 农业）

“人造美味”：生产人造肉、人造乳制品、替代蛋白，减少畜牧业对环境的压力

“聪明”食物：添加功能性食品添加剂，生产功能性食品、保健食品（比如富含特定维生素、益生菌的食品）

“超级饲料”：开发新型动物饲料添加剂或饲料，让养殖更高效、更健康

“定制种子”：利用合成生物技术进行生物育种，培育抗病、抗旱、高产的农作物和畜禽

“绿色农药/肥料”：生产微生物农药、微生物肥料、植物抗逆促生菌剂，减少化学农药化肥的使用

（四）能源与环境卫士（生物能源 & 环保）

“变废为宝”燃料：把秸秆、厨余垃圾等转化成生物燃料（如生物乙醇、生物柴油

“吃掉”污染物：利用特殊微生物或酶来降解污水、土壤中的污染物（如石油、塑料）

“环保侦探”：开发能检测环境污染物的生物传感器

“吸碳小能手”：利用微生物将工业废气（如二氧化碳CO2）、甚至一氧化碳CO、甲醇转化成有用的化学品或燃料

（五）工业升级帮手（工业酶 & 其他）

“高效催化剂”：生产各种工业酶制剂（洗衣粉里的酶、造纸用的酶、食品加工用的酶），让工业生产更高效、更温和

“精细化工助手”：替代传统方法生产精细化工产品

二、技术攻关的主要方向（怎么让“活体工厂”更好用？）

要让这些“活体工厂”（底盘微生物/细胞）听话、高效、低成本地生产好东西，科学家们正在集中火力攻克以下关键技术难关：

（一）“生命编程”工具（基因操控核心）

更牛的“基因剪刀”（基因编辑）：让修改微生物DNA像编辑文档一样精准高效（如升级CRISPR技术）

“打印”长基因（基因合成）：能够快速、准确、低成本地人工合成很长的DNA片段。

“读基因”又快又准（基因测序）：更快、更便宜、更准确地解读DNA序列信息（发展NGS等技术）

（二）“智能设计师”（AI+生物大数据）

“AI生命设计师”：利用人工智能（AI）和大数据，预测什么样的基因改造能让微生物生产出我们想要的东西，或者设计出性能更好的蛋白质或酶（蛋白质智能设计）

“数字孪生细胞”：在电脑里模拟整个细胞或代谢过程（数字细胞建模），提前预测改造效果，减少实验试错成本

（三）“元件库”与“线路板”（生物系统构建）

建立“标准零件库”： 收集、标准化表征大量已知功能的生物“零件”（启动子、基因开关等元器件），方便工程师按需调用组装

设计复杂“电路”（基因线路）：像设计电路板一样，设计复杂的基因调控网络，让微生物能执行更复杂的生产任务（代谢途径设计重构）

（四）“超级工人”养成（底盘细胞性能提升）

寻找/打造“优秀工人”（高性能底盘菌种）：筛选或改造出生命力顽强（耐高温、耐酸碱、不易染菌、抗自溶）、干活效率高的微生物菌株（如酵母、枯草芽孢杆菌）

“工人特训营”（高通量筛选）：开发超快筛选技术（微流控、液滴分选、生物传感器筛选），从海量改造过的微生物中迅速找出产量最高的“明星工人”

“增产增效”（发酵工艺优化）：优化大规模培养微生物的条件（精准发酵放大），提高产量、降低能耗；优化产品提取纯化技术

（五）“造厂”装备（核心设备与平台）

造“编程工具”的机器：研发国产化的基因合成仪、DNA测序仪等核心设备

“生物反应釜”：研发更智能、自动化、高效的生物反应器（发酵罐）、细胞培养设备

“自动化生产线”：搭建整合基因编辑、培养、筛选、检测的全流程自动化实验平台（合成生物自动化平台）

“中试基地”（成果转化关键）：大规模建设生物制造中试能力平台，解决实验室成果走向工厂大规模生产的“死亡之谷”问题