什么是生物制造？

2023/04/12

生物制造

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用科学的眼光来看，
社会关注的真正原因

#能源/环境限制响应

什么是生物制造？

生物制造是指利用源自生物的材料来制造物品，以及利用微生物等生物体的能力来制造有用的化合物。由于可以不使用化石燃料作为原料来生产材料，因此人们对其作为实现碳中和的关键技术寄予厚望。
自古以来，人类就一直利用微生物的力量制造产品，例如发酵食品。目前备受关注的“生物制造”的一个特点是，不再仅仅依靠微生物固有的能力，而是利用基因工程、基因组编辑等技术来设计微生物的能力，来生产人类所需的物质。现在迫切需要建立利用生物产品优势的制造方法，而不是考虑取代现有的化学产品。

“生物制造”是一个总称，是指利用多种生物技术制造建筑材料、树脂材料、工业酶、药品、食品、农产品新品种等多种产品的制造领域。此外，从更广泛的角度来看，废物处理、废水处理和回收利用也可以被视为“生物制造”。传统上，制造是利用包括微生物在内的生物的力量进行的，但随着全球范围内碳中和努力的加速，二氧化碳₂我们将解释有前途的生物制造的现状和技术问题。

生物制造的期望是什么

　全世界都在努力实现碳中和社会，许多国家正在考虑不使用石油资源的制造方法。例如，塑料是石化产品的典型例子，含有二氧化碳₂正在出院。在这种情况下，CO₂排放量较少的生物制造正在引起人们的关注。

　特别是欧洲的法规非常严格，不包含生物制造的产品的出口变得越来越困难，这使其成为与企业活动直接相关的重要问题。此外，以可持续发展目标为标志，可持续发展已成为工业发展的必要条件。美国制定了到2050年生物基制造业占比达到30%的目标，日本也开始大力发展生物基产业以跟进。

什么是生物制造？

我认为生物制造有两种主要类型。一是利用生物质衍生产品，即生物体作为资源和材料。其中包括通过糖化玉米和甘蔗制成的生物乙醇，以及从植物和微生物中获得的纤维材料纤维素纳米纤维（CNF）。

　另一种类型是利用微生物、植物或动物制造产品的制造业。想象一下使用传统发酵技术（例如清酒、味噌和酱油）进行食品生产可能更容易。具体例子包括药品制造，例如使用鸡蛋生产流感疫苗，以及使用酵母细胞和人体细胞在活生物体中发现的蛋白质生产“抗体药物”。从更广泛的角度来看，用微生物处理废液也是生物制造的一部分，其中微生物被用来生产所需的产品。除此之外，从更广泛的角度来看，用于开发功能性食品的基因组编辑和育种也可以被视为生物制造。

这样看来，生物制造指的是一个非常广泛的概念，但重要的是在生产中提供“高附加值”。到目前为止，生物制造一直在生物技术创造的附加值很容易被强调的领域进行，即使在成本方面也是如此。一个例子是药品。然而，国际上存在实现碳中和的趋势，我们必须找到更多地利用生物制造的方法。作为其中的一部分，强烈需要基于将化学和生物过程的最佳方面相结合的理念进行努力。

生物制造的挑战

　生物制造最大的挑战就是“成本高”。成本往往很高，因为微生物反应比化学方法需要更长的时间，并且在成功生产之前通常存在技术困难。

此外，从成本和供应链角度来看，生物技术生产方法很难替代廉价、大量生产的乙醇、甲醇、苯等石油产品。虽然我们需要确定什么是可能的并考虑大规模生产，但我们首先需要从小批量要求高附加值的化合物、材料结构复杂的化合物以及其他迫切需要符合欧洲法规的化合物开始。尝试从事生物制造的公司数量不断增加，但对于实际情况似乎知之甚少。

努力利用生物技术的特点

　为了降低成本，这是生物制造中最大的挑战，将其与化学工艺相结合是我们未来关注的领域。即使在今天，在纸浆厂的纸浆分解过程中，也存在纸浆不是直接被微生物分解的例子，而是微生物产生化学过程所需的酶，并且分解过程本身是通过化学过程进行的。使用化学工艺可以过夜处理的东西，使用微生物工艺需要几天的时间来处理的情况并不少见。此外，有时有人说化学是快速而激烈的，而生物学是缓慢而薄弱的。另一方面，酶可以说是催化剂，不需要高压或高温，因此可以减少处理过程中的能量输入。每一种都有其独特的响应，因此有必要考虑最佳组合，以加快制造速度、提高效率并降低成本。

　此外，通过利用信息技术，现在可以创建更多设计的生物制造，从而最大限度地发挥生物功能。一个例子是一种材料生产方法，该方法使用具有增强的材料生产能力的电池，称为“智能电池”。设计智能细胞功能所需的基因设计是利用大量生物信息进行处理、优化和模拟的，大大简化了实际的创造过程。如前所述，很难立即改变当前的供应链，但通过使智能电池像材料生产工厂一样发挥作用，应该可以实现新材料生产的工业化。

　AIST 拥有大量可以利用的微生物资源，因此您总能从该库中找到您想要的微生物。我们还计划进一步增加作为生物制造基础的酶组的数量。