生物智造如何改变未来？
来源：
广东国能中林投资有限公司 日期：2025-12-22 96 属于：行业动态
当玉米不再是简单的粮食，而能通过微生物“细胞工厂”转化为性能卓越的航空燃料；当治疗慢性病需要从每日注射变为每月仅需一针；当农业秸秆经过生物转化，其营养价值可媲美玉米，成为新的饲料来源——这些并非遥远的科幻场景，而是正在发生的产业革命。这场革命的核心驱动力，正是深度融合了人工智能、自动化技术与合成生物学的“生物智造”。
生物智造，并非传统生物技术的简单延伸。它标志着人类对生命系统的理解与操控，从“试错探索”迈入了“理性设计”与“智能创造”的新纪元。通过将生命体改造为高度工程化的“活体机器”，并利用数据和算法对其进行设计与优化，我们正开启一个以可再生生物质为原料、以细胞为微型工厂的绿色制造新时代。业界普遍认为，生物制造具备引领第四次工业革命的潜力，将深刻重构从医药健康到材料化工，乃至农业食品的整个物质生产体系。到2050年，生物制造有望创造高达30万亿美元的经济价值，占据全球制造业产出的三分之一。
一、 技术内核：从“生命暗物质”到“智能细胞工厂”
生物智造的飞跃，根植于其底层技术范式的根本性变革。传统生物制造如同在黑暗中摸索，而现代生物智造则致力于照亮整个“生命暗物质”的宝库，并通过智能化装备实现精准、高效的规模化生产。
首先，是数据与AI驱动下的“生命暗物质”挖掘与理性设计。在微生物的基因组中，存在大量处于沉默状态的合成基因簇，它们蕴含着合成无数新型天然产物的潜力，被称为“生命暗物质”。过去，激活和利用这些基因簇如同大海捞针。如今，以中国科学院深圳先进技术研究院罗小舟团队为代表的科研力量，正通过深度融合合成生物化学原理与机器学习算法，系统性破解这一难题。他们自主研发的AI辅助平台，如酶动力学预测工具UniKP，能够仅凭酶的氨基酸序列和底物结构，就精准预测其催化性能，将关键元件的筛选从“盲目试错”推向“理性计算”。应用此策略，团队成功在微生物中新增检测到超过1.6万种“生命暗物质”，并高效合成了茉莉素、α-亚麻酸等高价值产物，产量提升达数十倍。这标志着生物制造的核心——代谢通路的设计与优化，已进入可预测、可编程的数字化时代。
其次，是装备的智能化与生产过程的自动化。再优良的设计，也需要先进的“生产设备”来实现。生物制造的核心装备是生物反应器，其性能直接决定了从实验室“细胞工厂”到工业级“生产车间”的成败。我国科研机构已在关键装备上取得突破。例如，中国科学院天津工业生物技术研究所研发的“微生物平行生物反应器”，突破了小型化与高平行性核心技术，一人可同时操作12个反应罐进行条件筛选，效率较传统模式提升3倍。更重要的是，该装备正朝着全自动化与智能化方向演进，旨在实现从装罐、灭菌到补料、监控的全流程无人化操作，极大降低人力成本与操作误差，为生物制造工艺的快速开发和稳定放大奠定了坚实基石。
二、 应用图景：重塑千行百业的绿色解决方案
生物智造的魅力，在于其应用场景的无限延展性。它正从医药这一传统优势领域，快速渗透至材料、能源、农业等关系国计民生的基础产业，提供一系列绿色、高效的颠覆性解决方案。
在医药健康领域，生物智造正推动治疗模式向个性化、长效化迈进。除了已成熟的基因工程胰岛素，最新的技术能够将药物包裹在粒径均一的微球中，通过控制释放速度，将需要每日注射的降糖药利拉鲁肽变为“一月一针”，极大提升了患者生活质量。在更前沿的细胞与基因治疗领域，人工智能驱动的稳定细胞株构建、蛋白质从头设计等技术，正成为加速下一代生物药（如CAR-T细胞疗法、单克隆抗体）研发与生产的核心工具。全球范围内，以单克隆抗体、重组蛋白等为代表的生物药，正成为下一代生物制造市场的主要增长极，预计到2035年将占据近半壁江山。
在材料与化工领域，生物智造是实现“碳中和”与塑料污染治理的关键路径。利用微生物合成生物基材料，以替代传统的石油基产品，已成为全球共识。清华大学陈国强团队从新疆艾丁湖分离出的特殊菌种，能够高效合成完全可生物降解的塑料PHA（聚羟基脂肪酸酯），且生产成本已从每吨5万元显著下降。该技术在湖北宜昌的规模化产线全面投产后，产能将占全球一半，真正让“绿色塑料”走向市场。同样，我国企业已实现生物法长链二元酸的规模化生产，用以制造性能更优的生物基尼龙，广泛应用于航空航天和高端纺织。
在农业与食品领域，生物智造致力于重构人类获取营养与食物的方式。“人造蛋白”和“人工合成淀粉”是其中最耀眼的成果。通过微生物发酵生产酵母蛋白、真菌蛋白，提供了不受土地和气候限制的可持续蛋白质来源。更令人瞩目的是，我国科学家在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的人工全合成，这一颠覆性技术为未来应对粮食危机提供了全新方案。同时，中国工程院院士印遇龙团队开发的“秸秆变肉”技术，通过生物发酵将秸秆转化为营养接近玉米的饲料，若能将我国每年约10亿吨秸秆的利用率从不足20%提高至40%，即可解决3亿吨饲料来源，意义重大。
在能源应用领域，生物智造正助力人类迈向“新石油时代”。未来的汽车、飞机，可能用上“二氧化碳做的油”。某些特殊菌种能“吃”二氧化碳、“吐”出乙醇或航空燃料。目前，我国已实现生物基航空燃料的商业试飞。此外，生物制造还能生产高性能润滑油、轮胎橡胶等材料，让交通出行实现绿色化。
三、 市场与挑战：万亿赛道上的竞逐与藩篱
技术的蓬勃发展，直接催生了一个规模庞大且增长迅猛的产业新蓝海。当前，我国生物制造产业总规模已达到1.1万亿元，生物发酵产品产量占全球70%以上，在透明质酸、聚乳酸、人工合成淀粉等新兴领域已实现与发达国家并跑甚至领跑。从全球视角看，生物制造投融资持续活跃，2015年以来全球合成生物制造投融资年复合增长率约30%，预计2025年可达250亿美元。市场研究机构预测，全球下一代生物制造市场规模将在2035年达到576亿美元，其中北美和亚太地区将成为主要增长引擎。
然而，通往未来的道路并非一片坦途，生物智造产业仍面临多重挑战：
1. 核心技术与装备依赖：虽然整体产业规模庞大，但如酶制剂、乳酸菌剂等核心生物元件，以及部分高端生物反应器、分离纯化设备，仍高度依赖进口，自主供给能力不足。
2. 从实验室到工厂的“死亡谷”：如何将实验室小试成功的“细胞工厂”，稳定、经济地放大到万吨级产业规模，是最大产业化瓶颈。这涉及复杂的代谢调控、工艺优化和成本控制。
3. 高昂成本与复杂监管：尤其是生物医药领域，复杂的生产工艺推高了疗法成本（某些单次剂量可达上万美元），同时严格的药品监管和专利壁垒也构成了市场准入的高墙。
4. 跨学科复合型人才短缺：同时精通生物学、数据科学、工程机械和产业管理的复合型人才严重匮乏，成为制约行业创新的关键因素。
四、 未来趋势：迈向全链条智能化的产业新生态
展望未来，生物智造的发展将呈现几个清晰趋势，最终构建一个协同高效、深度融合的产业新生态。
首先，是“AI for Science”的深度渗透。未来的生物智造研发，将更加依赖于人工智能从海量生物数据中挖掘规律、预测结果、自动设计。从基因序列到蛋白质结构，从代谢通路到发酵工艺，AI将成为贯穿始终的“首席科学家”，极大缩短研发周期，甚至催生自然界不存在的全新生物分子与材料。
其次，是产业生态的“串珠强链”与协同创新。国家层面正在系统性地构建“创新攻关—转化支撑—成果落地”的完整生态链。通过“揭榜挂帅”攻克核心装备（如高性能生物反应器），培育中试平台充当成果转化“加速器”，并遴选标志性产品树立市场“风向标”。未来，将形成“科研机构+制造企业+应用终端”的紧密协同模式，加速技术从论文走向产品。
最后，是生产模式的全面数字化与柔性化。生物制造工厂将演进为高度智能化的“生物铸造厂”（Biofoundry），实现从菌种培育、发酵过程监控到产品分离纯化的全流程数字化管理和柔性化生产。通过实时传感与自适应控制，确保每一批产品的高质量与稳定性，并能快速在不同产品生产线间切换，满足个性化、多样化的市场需求。
生物智造，正在将生命本身重塑为这个星球上最精巧、最可持续的生产力。它不仅仅是一项技术或一个产业，更是一种面向未来的生产哲学：以自然之道，解发展之需。从治愈疾病到应对气候挑战，从保障粮食安全到重塑工业材料，生物智造为我们提供了一套基于细胞、源于数据的绿色工具箱。
尽管前路仍有核心技术和产业化规模的重重关卡，但在全球绿色转型与国家新质生产力战略的双重驱动下，这条万亿赛道正汇聚起前所未有的创新活力。当理性设计照亮生命暗物质，当智能装备驾驭微观细胞工厂，一个由生物智造定义的、更加高效、绿色、可续的未来，正从蓝图加速照进现实。这不仅是制造业的升级，更是一场关乎人类如何与自然和谐共处、如何定义自身文明进步方向的深刻变革。
生物智造，并非传统生物技术的简单延伸。它标志着人类对生命系统的理解与操控，从“试错探索”迈入了“理性设计”与“智能创造”的新纪元。通过将生命体改造为高度工程化的“活体机器”，并利用数据和算法对其进行设计与优化，我们正开启一个以可再生生物质为原料、以细胞为微型工厂的绿色制造新时代。业界普遍认为，生物制造具备引领第四次工业革命的潜力，将深刻重构从医药健康到材料化工，乃至农业食品的整个物质生产体系。到2050年，生物制造有望创造高达30万亿美元的经济价值，占据全球制造业产出的三分之一。
一、 技术内核：从“生命暗物质”到“智能细胞工厂”
生物智造的飞跃，根植于其底层技术范式的根本性变革。传统生物制造如同在黑暗中摸索，而现代生物智造则致力于照亮整个“生命暗物质”的宝库，并通过智能化装备实现精准、高效的规模化生产。
首先，是数据与AI驱动下的“生命暗物质”挖掘与理性设计。在微生物的基因组中，存在大量处于沉默状态的合成基因簇，它们蕴含着合成无数新型天然产物的潜力，被称为“生命暗物质”。过去，激活和利用这些基因簇如同大海捞针。如今，以中国科学院深圳先进技术研究院罗小舟团队为代表的科研力量，正通过深度融合合成生物化学原理与机器学习算法，系统性破解这一难题。他们自主研发的AI辅助平台，如酶动力学预测工具UniKP，能够仅凭酶的氨基酸序列和底物结构，就精准预测其催化性能，将关键元件的筛选从“盲目试错”推向“理性计算”。应用此策略，团队成功在微生物中新增检测到超过1.6万种“生命暗物质”，并高效合成了茉莉素、α-亚麻酸等高价值产物，产量提升达数十倍。这标志着生物制造的核心——代谢通路的设计与优化，已进入可预测、可编程的数字化时代。
其次，是装备的智能化与生产过程的自动化。再优良的设计，也需要先进的“生产设备”来实现。生物制造的核心装备是生物反应器，其性能直接决定了从实验室“细胞工厂”到工业级“生产车间”的成败。我国科研机构已在关键装备上取得突破。例如，中国科学院天津工业生物技术研究所研发的“微生物平行生物反应器”，突破了小型化与高平行性核心技术，一人可同时操作12个反应罐进行条件筛选，效率较传统模式提升3倍。更重要的是，该装备正朝着全自动化与智能化方向演进，旨在实现从装罐、灭菌到补料、监控的全流程无人化操作，极大降低人力成本与操作误差，为生物制造工艺的快速开发和稳定放大奠定了坚实基石。
二、 应用图景：重塑千行百业的绿色解决方案
生物智造的魅力，在于其应用场景的无限延展性。它正从医药这一传统优势领域，快速渗透至材料、能源、农业等关系国计民生的基础产业，提供一系列绿色、高效的颠覆性解决方案。
在医药健康领域，生物智造正推动治疗模式向个性化、长效化迈进。除了已成熟的基因工程胰岛素，最新的技术能够将药物包裹在粒径均一的微球中，通过控制释放速度，将需要每日注射的降糖药利拉鲁肽变为“一月一针”，极大提升了患者生活质量。在更前沿的细胞与基因治疗领域，人工智能驱动的稳定细胞株构建、蛋白质从头设计等技术，正成为加速下一代生物药（如CAR-T细胞疗法、单克隆抗体）研发与生产的核心工具。全球范围内，以单克隆抗体、重组蛋白等为代表的生物药，正成为下一代生物制造市场的主要增长极，预计到2035年将占据近半壁江山。
在材料与化工领域，生物智造是实现“碳中和”与塑料污染治理的关键路径。利用微生物合成生物基材料，以替代传统的石油基产品，已成为全球共识。清华大学陈国强团队从新疆艾丁湖分离出的特殊菌种，能够高效合成完全可生物降解的塑料PHA（聚羟基脂肪酸酯），且生产成本已从每吨5万元显著下降。该技术在湖北宜昌的规模化产线全面投产后，产能将占全球一半，真正让“绿色塑料”走向市场。同样，我国企业已实现生物法长链二元酸的规模化生产，用以制造性能更优的生物基尼龙，广泛应用于航空航天和高端纺织。
在农业与食品领域，生物智造致力于重构人类获取营养与食物的方式。“人造蛋白”和“人工合成淀粉”是其中最耀眼的成果。通过微生物发酵生产酵母蛋白、真菌蛋白，提供了不受土地和气候限制的可持续蛋白质来源。更令人瞩目的是，我国科学家在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的人工全合成，这一颠覆性技术为未来应对粮食危机提供了全新方案。同时，中国工程院院士印遇龙团队开发的“秸秆变肉”技术，通过生物发酵将秸秆转化为营养接近玉米的饲料，若能将我国每年约10亿吨秸秆的利用率从不足20%提高至40%，即可解决3亿吨饲料来源，意义重大。
在能源应用领域，生物智造正助力人类迈向“新石油时代”。未来的汽车、飞机，可能用上“二氧化碳做的油”。某些特殊菌种能“吃”二氧化碳、“吐”出乙醇或航空燃料。目前，我国已实现生物基航空燃料的商业试飞。此外，生物制造还能生产高性能润滑油、轮胎橡胶等材料，让交通出行实现绿色化。
三、 市场与挑战：万亿赛道上的竞逐与藩篱
技术的蓬勃发展，直接催生了一个规模庞大且增长迅猛的产业新蓝海。当前，我国生物制造产业总规模已达到1.1万亿元，生物发酵产品产量占全球70%以上，在透明质酸、聚乳酸、人工合成淀粉等新兴领域已实现与发达国家并跑甚至领跑。从全球视角看，生物制造投融资持续活跃，2015年以来全球合成生物制造投融资年复合增长率约30%，预计2025年可达250亿美元。市场研究机构预测，全球下一代生物制造市场规模将在2035年达到576亿美元，其中北美和亚太地区将成为主要增长引擎。
然而，通往未来的道路并非一片坦途，生物智造产业仍面临多重挑战：
1. 核心技术与装备依赖：虽然整体产业规模庞大，但如酶制剂、乳酸菌剂等核心生物元件，以及部分高端生物反应器、分离纯化设备，仍高度依赖进口，自主供给能力不足。
2. 从实验室到工厂的“死亡谷”：如何将实验室小试成功的“细胞工厂”，稳定、经济地放大到万吨级产业规模，是最大产业化瓶颈。这涉及复杂的代谢调控、工艺优化和成本控制。
3. 高昂成本与复杂监管：尤其是生物医药领域，复杂的生产工艺推高了疗法成本（某些单次剂量可达上万美元），同时严格的药品监管和专利壁垒也构成了市场准入的高墙。
4. 跨学科复合型人才短缺：同时精通生物学、数据科学、工程机械和产业管理的复合型人才严重匮乏，成为制约行业创新的关键因素。
四、 未来趋势：迈向全链条智能化的产业新生态
展望未来，生物智造的发展将呈现几个清晰趋势，最终构建一个协同高效、深度融合的产业新生态。
首先，是“AI for Science”的深度渗透。未来的生物智造研发，将更加依赖于人工智能从海量生物数据中挖掘规律、预测结果、自动设计。从基因序列到蛋白质结构，从代谢通路到发酵工艺，AI将成为贯穿始终的“首席科学家”，极大缩短研发周期，甚至催生自然界不存在的全新生物分子与材料。
其次，是产业生态的“串珠强链”与协同创新。国家层面正在系统性地构建“创新攻关—转化支撑—成果落地”的完整生态链。通过“揭榜挂帅”攻克核心装备（如高性能生物反应器），培育中试平台充当成果转化“加速器”，并遴选标志性产品树立市场“风向标”。未来，将形成“科研机构+制造企业+应用终端”的紧密协同模式，加速技术从论文走向产品。
最后，是生产模式的全面数字化与柔性化。生物制造工厂将演进为高度智能化的“生物铸造厂”（Biofoundry），实现从菌种培育、发酵过程监控到产品分离纯化的全流程数字化管理和柔性化生产。通过实时传感与自适应控制，确保每一批产品的高质量与稳定性，并能快速在不同产品生产线间切换，满足个性化、多样化的市场需求。
生物智造，正在将生命本身重塑为这个星球上最精巧、最可持续的生产力。它不仅仅是一项技术或一个产业，更是一种面向未来的生产哲学：以自然之道，解发展之需。从治愈疾病到应对气候挑战，从保障粮食安全到重塑工业材料，生物智造为我们提供了一套基于细胞、源于数据的绿色工具箱。
尽管前路仍有核心技术和产业化规模的重重关卡，但在全球绿色转型与国家新质生产力战略的双重驱动下，这条万亿赛道正汇聚起前所未有的创新活力。当理性设计照亮生命暗物质，当智能装备驾驭微观细胞工厂，一个由生物智造定义的、更加高效、绿色、可续的未来，正从蓝图加速照进现实。这不仅是制造业的升级，更是一场关乎人类如何与自然和谐共处、如何定义自身文明进步方向的深刻变革。
下一新闻：全球首个光解水制氢商业化项目竣工
