长期以来,传统角鲨烯提取依赖于鲨鱼捕猎,既破坏海洋生态,又面临资源枯竭风险。
同时,采用化学合成路线存在能耗高、污染严重等问题。
这一"不可能"的难题,困扰了全球生物制造领域多年。
近日,华东理工大学生物工程学院魏东芝教授团队取得重大突破,成功实现了医药级角鲨烯的高效绿色合成,为高胆固醇血症、放化疗引起的白细胞减少症等疾病的治疗提供了新的解决方案。
该突破源于团队在酶工程领域的深入探索。
团队创新构建的"多酶协同催化体系",运用微生物学中的酶催化原理,实现了在常温常压条件下的高效反应。
这一体系的核心优势在于,多种功能各异的酶在温和环境中无缝协作,一步完成原料拆解、转化、成型的全流程。
相比传统化学合成的高能耗、高污染特点,以及单一酶催化效率低的问题,该技术实现了"反应条件温和化、生产流程短程化、环境影响最小化"的三重突破。
为突破"多酶不兼容、效率低"这一关键瓶颈,团队构建起拥有1万多种自主知识产权酶的庞大酶库。
通过工业酶"快速精准定制"技术,团队从海量基因中高效发掘目标酶,将工业酶的定制周期从1年多大幅缩短至2周,酶活性则提升上千倍。
同时,团队开发了100%国产化、低成本培养基的发酵技术,创建了无缓冲液的生物催化反应体系,系统性解决了生物催化介质复杂、成本高、后处理难等全局性痛点。
从分子、细胞到反应器三个层次,团队形成了完整的技术体系。
在分子尺度,攻关酶与生物催化,打造高效而专一的"核心元件";在细胞尺度,布局合成生物与细胞工厂,将生物元件集成为功能强大的"生命芯片";在反应器尺度,攻坚生物过程强化与集成技术,系统解决从实验室摇瓶到百吨级发酵罐的传递、控制与优化等关键难题。
这一"酶工程—细胞工厂—过程集成"三大技术平台,为整个绿色制造流程注入了"中国芯"。
该技术体系的产业应用成效显著。
在食品添加剂领域,团队全面升级的柠檬酸生产工艺,助力山东英轩实业建成百万吨级柠檬酸生产线。
原料利用率近100%,产酸水平达国际最高的每升190克,3年累计节约粮食81万吨,产品供应可口可乐、雀巢等跨国企业,出口至120余个国家和地区,国际市场占有率全球第一。
在农药领域,团队打破国外技术垄断,建成全球首条年产万吨"L-草铵膦"除草剂生物合成生产线,原料利用率近100%,几乎无废水排放,合作企业浙江永农生物成为全球规模最大的L-草铵膦生产企业。
在大健康领域,团队创造性地提出多细胞器工程改造策略,在全球范围内率先实现了医药级角鲨烯的从头合成。
值得注意的是,这一成果已成功实现规模化生产和产业转化。
单次20吨发酵罐的产能,可相当于传统工艺屠宰3000头鲨鱼的提取量,充分体现了绿色制造相比传统方式的巨大优势。
与同类化工品传统生产线相比,相关生产线的占地面积、总投资额及建设周期仅为十分之一,大幅降低了企业成本和环境负荷。
从依赖自然资源到利用生物技术实现高效合成,中国科学家以创新之力破解了生态保护与产业发展的两难命题。
这一成果不仅是技术上的突破,更是发展理念的革新,为全球绿色转型贡献了中国智慧。
未来,生物制造技术的进一步推广,或将重塑人类与自然的关系,开启可持续发展的新篇章。