Você pode se sentir desconhecido quando se trata de PHA.
Mas se eu lhe disser que a PHA começou a ser usada em muitos campos, como utensílios de mesa, embalagem de alimentos, impressão 3D, fibras têxteis, dispositivos médicos etc., você sentirá que não está longe de nossas vidas.
"O PHA é uma família de materiais poli-hidroxialkanoatos, que é um novo material cultivado a partir de células. É completamente degradável por natureza e não é tóxico e inofensivo". Chen Guoqiang, professor da Escola de Ciências da Vida da Universidade de Tsinghua e diretor do Centro de Biologia Sintética e de Sistemas, a introduziu dessa maneira quando foi entrevistado por um repórter da Ciência e Tecnologia Daily.
Há 30 anos, Chen Guoqiang determinou que a PHA era a direção de futuros materiais verdes e embarcou na pesquisa e desenvolvimento da PHA biomanufaturada sem hesitar. "Este é um processo de tentativa e erro contínuos. Atingimos a parede de novo e de novo e interrompemos repetidamente". Ele disse.
Resolva a dor da "contaminação bacteriana"
Para reduzir o uso de plásticos à base de petróleo e evitar causar mais poluição branca, os pesquisadores procuram materiais alternativos degradáveis. A biomanufatura é um dos caminhos de produção reconhecidos de materiais alternativos.
"A biomanufatura, como o nome sugere, é redesenhar e transformar organismos para obter células do chassi com excelente desempenho e depois usar essas células como fábricas para produzir vários materiais necessários para os seres humanos". Chen Guoqiang disse a repórteres.
Entre muitos biomateriais, o PHA tem as vantagens de biocompatibilidade, termoplasticidade e degradabilidade. Com base na exploração e prática dos anos anteriores, em 1994, Chen Guoqiang, que havia concluído a pesquisa de pós -doutorado no exterior, veio à Universidade de Tsinghua para formar uma equipe e se concentrar em estudar como alcançar a produção em massa da PHA.
"No laboratório, muitos problemas não são fáceis de expor. Na fábrica, uma vez que a escala for ampliada, todos os problemas virão". Chen Guoqiang descobriu que o primeiro problema era "contaminação" - no processo de cultivar células microbianas, outros fungos e microorganismos crescerão com eles.
Depois que as células microbianas estão "contaminadas", todo o processo de fermentação deve começar tudo de novo, com enormes perdas. Para impedir que as células sejam infectadas, a operação asséptica estrita deve ser realizada, o que exige equipamento e pessoal e possui alto consumo de energia.
"Tentamos muitos tipos de microorganismos, mas não conseguimos resolver esse problema". Chen Guoqiang lembrou que, por acaso, pensou em microorganismos extremos.
Os microorganismos extremos geralmente crescem em ambientes extremos, onde os microorganismos comuns acham difícil sobreviver e não são facilmente infectados por outros microorganismos. Com ele, o processo de produção da PHA pode ser relativamente aberto, sem a necessidade de operações de esterilização complexas e complicadas.
Assim, Chen Guoqiang voltou sua atenção aos microorganismos halofílicos que são difíceis de "contaminar".
Infelizmente, os membros da equipe procuraram em muitos lugares, mas todos voltaram em vão. Não foi até 2006 que eles finalmente isolaram uma tensão com tolerância ao sal e características rápidas de crescimento de uma amostra de solo recuperada de um lago de sal com uma baixa latitude, grande diferença de temperatura entre dia e noite e maior salinidade que a água do mar. Esta é a bactéria halofílica.
Construindo a base do "chassi"
Com a tensão certa, a construção de células do chassi tornou -se a chave para alcançar a biomanufatura.
"As células do chassi podem converter biomassa renovável, como glicose, amido e óleo vegetal em PHA durante o processo de fermentação". Chen Guoqiang disse: "Eles são como máquinas em uma fábrica, que podem produzir continuamente os materiais de polímero de que precisamos".
Para obter células do chassi, os genes das bactérias halofílicas devem ser desmontadas e montadas. Novos problemas seguidos - os halófilos são muito especiais e carecem de ferramentas de manipulação molecular prontas.
"'Bistios moleculares', 'agulhas de sutura molecular e' transportadores moleculares 'são ferramentas necessárias." Chen Guoqiang explicou: "Eles são responsáveis por cortar, recombinar e transportar genes microbianos, respectivamente".
Sem ferramentas, os halófilos são como uma "caixa preta" que pode ser vista, mas não usada.
Os vetores plasmídicos são "transportadores moleculares" comumente usados responsáveis pela introdução de genes recombinados em células receptoras. "Somente essa ferramenta consumiu muita energia". Chen Guoqiang disse a repórteres que a equipe tentou centenas de plasmídeos existentes, mas nenhum deles foi bem -sucedido.
O que fazer? Expanda apenas o escopo e encontre novos plasmídeos. Após esforços incessantes, todos exibiram mais de 200 plasmídeos com potencial, testaram um por um e finalmente inauguraram um ponto de virada - 3 deles podem ser usados!
Com plasmídeos, a "caixa preta" da modificação genética microbiana foi aberta.
Nesta base, a equipe desenvolveu uma série de ferramentas para edição de genes, regulação metabólica e otimização de rede, que podem modificar e regular o desempenho das células do chassi de diferentes níveis.
A equipe de P&D levou dez anos para desenvolver ferramentas de manipulação molecular. "Esse processo é muito doloroso." Chen Guoqiang admitiu que o segredo do sucesso é fé e persistência.
Finalmente, as células do chassi foram construídas pela equipe.
"O próximo passo é a verificação da produção. Passamos mais sete ou oito anos para superar as dificuldades de melhoria do processo de fermentação, transformação da morfologia bacteriana, separação e extração de materiais e cruzamos a amplificação industrial" Vale da Morte ". Pesquisador associado da Escola de Ciências da Vida da Universidade de Tsinghua, introduzido.
Pisar na estrada de "transformação"
Durante a amplificação industrial, em 2018, Chen Guoqiang propôs a "biotecnologia industrial de próxima geração" internacionalmente e foi verificada em "ensaios em pequena escala", "ensaios piloto" e produção em larga escala.
Mas isso não significa que essa tecnologia possa ser reconhecida pelas empresas. A equipe enfrenta uma nova transformação de nível de resultados.
"'A biotecnologia industrial de próxima geração' usa um sistema de fermentação contínuo que não requer esterilização para a produção. Ele tem as vantagens de consumo aberto, de alta eficiência, baixa energia e conservação de água. É uma versão atualizada 2.0 da tecnologia tradicional de biomanufatura". Wu Fuqing disse que essas características subversivas deixaram preocupado as empresas de fermentação tradicionais.
"Sempre foi estritamente selado e esterilizado em alta temperatura. Você disse que não precisa, para não precisar?" Algumas empresas até pensam que a equipe de P&D está "enganando".
Depois de várias reviravoltas, a equipe finalmente encontrou uma grande empresa de fermentação disposta a tentar. Para dissipar as preocupações da outra parte, o teste de fermentação foi realizado no local.
200 tanque de fermentação cúbica, o primeiro teste, sucesso!
O engenheiro da outra parte suspeitava: existe um fator de "sorte"? Então tente novamente, ainda terá sucesso! A cooperação foi alcançada com sucesso.
Em 2021, a Enterprise-Beijing Weiguochang Biotechnology Co., Ltd. (doravante denominada "Weiguochang") foi estabelecida e a industrialização entrou na pista rápida.
"Após o estabelecimento da Companhia, sob a orientação do mercado, o progresso da pesquisa científica de laboratório foi acelerada". Ouyang Pengfei, vice -presidente da Weiguochang, disse: "No passado, as cepas tinham três gerações em 9 anos; nos últimos anos, eles foram iterados três gerações em um ano; este ano, espera -se que seja iterado de 4 a 5 gerações. "
A iteração deu às cepas melhor desempenho e estabeleceu uma base mais sólida para a industrialização.
Uma linha de demonstração de produção inteligente com uma produção anual de 1.000 toneladas foi construída em Shunyi, Pequim, e uma base de produção com uma produção anual de 30.000 toneladas foi estabelecida em Yichang, Hubei ... "Também juntamos as mãos a Chuan Ning Biotecnologia para promover a aplicação da indústria de PHA de nível médico e construir uma 'fábrica de farol' em Hefei, Anhui, para explorar vários cenários de aplicação ". Ouyang Pengfei introduzido.
Em 2023, com base no desenvolvimento e utilização de bactérias halofílicas e na contribuição da "biotecnologia industrial de próxima geração" para a indústria, a Sociedade Internacional de Engenharia Metabólica concedeu a Chen Guoqiang o "Prêmio de Engenharia Metabólica Internacional". Hoje, tecnologias relacionadas têm sido amplamente utilizadas na produção aberta de biomanufatura.
Na conferência nacional de ciência e tecnologia recentemente, a Conferência Nacional de Awards de Ciência e Tecnologia e a Conferência de Acadêmicos das Duas Academias, o secretário geral Xi Jinping enfatizou que devemos buscar as alturas de comando de futuras ciências e tecnologia e desenvolvimento industrial, Acelere a inovação científica e tecnológica nas áreas de tecnologia da informação de nova geração, inteligência artificial, tecnologia quântica, biotecnologia, nova energia e novos materiais e cultivam e desenvolvem indústrias emergentes e futuras indústrias.
Olhando para o futuro, Chen Guoqiang está cheio de confiança: "Promoveremos solidamente a profunda integração da inovação científica e tecnológica e da inovação industrial, continuaremos a melhorar o nível da industrialização do PHA e contribuir para a realização do meu país do" carbono duplo " objetivo e desenvolvimento verde! "
