PHA söz konusu olduğunda tanıdık değil.
Ancak size PHA'nın sofra takımı, gıda ambalajı, 3D baskı, tekstil lifleri, tıbbi cihazlar vb. Gibi birçok alanda kullanılmaya başladığını söylersem, hayatımızdan uzak olmadığını hissedeceksiniz.
"PHA, hücrelerden yetiştirilen yeni bir malzeme olan bir polihidroksialkanoat malzemeleri ailesidir. Doğada tamamen bozulabilir ve toksik olmayan ve zararsızdır." Tsinghua Üniversitesi Yaşam Bilimleri Fakültesi Profesörü ve Sentetik ve Sistem Biyolojisi Merkezi Direktörü Chen Guoqiang, Günlük Bilim ve Teknoloji'den bir muhabir tarafından röportaj yapıldığında bu şekilde tanıttı.
30 yıl önce, Chen Guoqiang, PHA'nın gelecekteki yeşil malzemelerin yönü olduğunu belirledi ve tereddüt etmeden biyoman üretim PHA'nın araştırılması ve geliştirilmesi üzerine başladı. Diyerek şöyle devam etti: "Bu sürekli bir deneme yanılma süreci. Duvara tekrar tekrar vurduk ve tekrar tekrar kırıldık." Dedi.
"Bakteriyel kontaminasyonun" ağrısını çözün
Petrol bazlı plastiklerin kullanımını azaltmak ve daha fazla beyaz kirliliğe neden olmaktan kaçınmak için araştırmacılar bozulabilir alternatif malzemeler arıyorlar. Biyoman üretim, alternatif malzemelerin tanınan üretim yollarından biridir.
"Biyoman üretimi, adından da anlaşılacağı gibi, organizmaları mükemmel performansa sahip şasi hücreleri elde etmek için yeniden tasarlamak ve dönüştürmek ve daha sonra bu hücreleri insanların ihtiyaç duyduğu çeşitli malzemeleri üretmek için fabrikalar olarak kullanmaktır." Chen Guoqiang gazetecilere verdiği demeçte.
Birçok biyomalzeme arasında PHA, biyo -uyumluluk, termoplastiklik ve bozunabilirlik avantajlarına sahiptir. Son birkaç yılın keşif ve uygulamasına dayanarak, 1994 yılında yurtdışında doktora sonrası araştırmayı tamamlayan Chen Guoqiang, bir ekip oluşturmak ve PHA'nın kitlesel üretiminin nasıl elde edileceğini incelemek için Tsinghua Üniversitesi'ne geldi.
"Laboratuvarda birçok sorunun ortaya çıkması kolay değildir. Fabrikada, ölçek genişledikten sonra tüm sorunlar gelecek." Chen Guoqiang, ilk sorunun "kontaminasyon" olduğunu buldu - mikrobiyal hücrelerin yetiştirilmesi sürecinde, diğer mantarlar ve mikroorganizmalar onlarla birlikte büyüyecek.
Mikrobiyal hücreler "kontamine" olduğunda, tüm fermantasyon işlemi büyük kayıplarla tekrar baştan başlamak zorundadır. Hücrelerin enfekte olmasını önlemek için, ekipman ve personel için talep eden ve yüksek enerji tüketimi olan katı aseptik operasyon yapılmalıdır.
"Birçok mikroorganizma denedik, ancak bu sorunu çözemedik." Chen Guoqiang, şans eseri aşırı mikroorganizmalar düşündüğünü hatırladı.
Aşırı mikroorganizmalar genellikle sıradan mikroorganizmaların hayatta kalmayı zor bulduğu ve diğer mikroorganizmalar tarafından kolayca enfekte olmadığı aşırı ortamlarda büyür. Bununla birlikte, PHA üretim süreci, karmaşık ve hantal sterilizasyon işlemlerine ihtiyaç duymadan nispeten açık olabilir.
Böylece Chen Guoqiang dikkatini "kirletmek" zor olan halofilik mikroorganizmalara çevirdi.
Ne yazık ki, ekip üyeleri birçok yerde arama yaptı, ancak hepsi boşuna geri döndü. 2006 yılına kadar nihayet, düşük bir enlem, gündüz ve gece arasında büyük sıcaklık farkı ve deniz suyundan daha yüksek tuzluluk olan bir tuz gölünden alınan bir toprak örneğinden hem tuz toleransı hem de hızlı büyüme özellikleri ile bir suşu izole etmedi. Bu halofilik bakterilerdir.
"Şasi" nin temelini oluşturma
Doğru suşla, şasi hücrelerinin oluşturulması biyomoman üretime ulaşmanın anahtarı haline gelmiştir.
"Şasi hücreleri, fermantasyon işlemi sırasında glikoz, nişasta ve bitkisel yağ gibi yenilenebilir biyokütleyi PHA'ya dönüştürebilir." Chen Guoqiang, "Bir fabrikada sürekli olarak ihtiyacımız olan polimer malzemeleri üretebilen makineler gibidir." Dedi.
Şasi hücreleri elde etmek için halofilik bakterilerin genleri sökülmeli ve monte edilmelidir. Yeni problemler izledi - halofiller çok özel ve hazır moleküler manipülasyon araçlarından yoksun.
"'Moleküler Seleştirler', 'Moleküler Sütür İğneleri' ve 'Moleküler Taşıyıcılar' gerekli araçlardır." Chen Guoqiang, "Sırasıyla mikrobiyal genlerin kesilmesinden, yeniden birleştirilmesinden ve taşınmasından sorumludurlar."
Araçlar olmadan, halofiller görülebilen ancak kullanılmayan bir "kara kutu" gibidir.
Plazmid vektörleri, rekombiye genlerin alıcı hücrelere sokulmasından sorumlu olan yaygın olarak "moleküler taşıyıcılar" kullanılır. "Bu araç tek başına enerjimizi çok fazla tüketti." Chen Guoqiang gazetecilere verdiği demeçte, ekibin yüzlerce plazmid denediğini, ancak hiçbirinin başarılı olmadığını söyledi.
Ne yapalım? Sadece kapsamı genişletin ve yeni plazmidler bulun. Araştırma yaptıktan sonra, herkes potansiyel ile 200'den fazla plazmid sergiledi, bunları tek tek test etti ve son olarak bir dönüm noktasını başlattı - 3'ü kullanılabilir!
Plazmidlerle, mikrobiyal genetik modifikasyonun "kara kutusu" açıldı.
Bu temelde ekip, şasi hücrelerinin farklı seviyelerden performansını değiştirebilen ve düzenleyebilen gen düzenleme, metabolik düzenleme ve ağ optimizasyonu için bir dizi araç geliştirdi.
Moleküler manipülasyon araçlarını geliştirmek tam on yıl sürdü. "Bu süreç çok acı verici." Chen Guoqiang, başarının sırrının inanç ve sebat olduğunu itiraf etti.
Son olarak, şasi hücreleri ekip tarafından inşa edildi.
"Bir sonraki adım üretim doğrulamasıdır. Fermantasyon süreci iyileştirmesi, bakteriyel morfoloji dönüşümü, malzeme ayırma ve ekstraksiyonunun zorluklarının üstesinden gelmek için yedi veya sekiz yıl daha geçirdik ve endüstriyel amplifikasyon" Ölüm Vadisi "ni geçti. Wu Fuqing, bir ekip üyesi ve bir ekip üyesi ve Tsinghua Üniversitesi Yaşam Okulu Bilimleri'nde Yardımcı Araştırmacı tanıtıldı.
"Dönüşüm" yoluna adım atma
Endüstriyel amplifikasyon sırasında, 2018'de Chen Guoqiang ilk olarak uluslararası "yeni nesil endüstriyel biyoteknoloji" önerdi ve "küçük ölçekli denemeler", "pilot denemeler" ve büyük ölçekli üretimde doğrulandı.
Ancak bu, bu teknolojinin işletmeler tarafından tanınabileceği anlamına gelmez. Ekip, yeni bir düzeyde sonuç dönüşümüyle karşı karşıya.
"'Yeni nesil endüstriyel biyoteknoloji', üretim için sterilizasyon gerektirmeyen sürekli bir fermantasyon sistemi kullanıyor. Açık, yüksek verimlilik, düşük enerji tüketimi ve su tasarrufu avantajlarına sahiptir. Geleneksel biyomoman üretim teknolojisinin 2.0 yükseltilmiş bir versiyonudur." Wu Fuqing, bu yıkıcı özelliklerin geleneksel fermantasyon şirketlerini endişelendirdiğini söyledi.
"Her zaman yüksek sıcaklıkta sıkı bir şekilde mühürlendi ve sterilize edildi. Buna ihtiyacınız olmadığını söyledin, bu yüzden ihtiyacın yok mu?" Bazı şirketler Ar -Ge ekibinin "kandırdığını" bile düşünüyor.
Birkaç bükülme ve dönüşten sonra, ekip nihayet denemek isteyen büyük bir fermantasyon şirketi buldu. Diğer tarafın endişelerini ortadan kaldırmak için sahada fermantasyon testi gerçekleştirildi.
200 kübik fermantasyon tankı, ilk test, başarı!
Diğer tarafın mühendisinden şüphelenildi: "Şans" faktörü var mı? Sonra tekrar deneyin, yine de başarılı olacak! İşbirliğine başarıyla ulaşıldı.
2021'de Başarı Dönüşümü Enterprise-Beijing Weiguochang Biotechnology Co., Ltd. (bundan böyle "Weiguochang" olarak anılacaktır) kuruldu ve sanayileşme hızlı şeride girdi.
Diyerek şöyle devam etti: "Şirketin kurulmasından sonra, piyasanın rehberliğinde laboratuvar bilimsel araştırmalarının ilerlemesi hızlandı." Weiguochang Başkan Yardımcısı Ouyang Pengfei, "Geçmişte, suşların 9 yılda üç nesli vardı; son yıllarda bir yılda üç nesil yinelemediler; bu yıl 4 ila 5 yinelenmesi bekleniyor nesiller. "
Yineleme suşlara daha iyi performans verdi ve sanayileşme için daha sağlam bir temel oluşturdu.
Shunyi, Pekin'de yıllık 1.000 ton üretimi olan akıllı bir üretim gösteri hattı inşa edildi ve Yichang, Hubei'de yıllık 30.000 ton üretim üssü kuruldu ... "Chuan Ning ile de el ele verdik. Biyoteknoloji Tıbbi sınıf PHA endüstrisinin uygulanmasını teşvik etmek ve çeşitli uygulama senaryolarını keşfetmek için Hefei, Anhui'de bir 'deniz feneri fabrikası' oluşturmak. " Ouyang Pengfei tanıtıldı.
2023 yılında, halofilik bakterilerin geliştirilmesi ve kullanımına ve "yeni nesil endüstriyel biyoteknoloji" sektöre katkısına dayanarak, Uluslararası Metabolik Mühendislik Derneği Chen Guoqiang'a "Uluslararası Metabolik Mühendislik Ödülü" verdi. Günümüzde, ilgili teknolojiler açık biyomoman üretim üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yakın zamanda düzenlenen Ulusal Bilim ve Teknoloji Konferansı, Ulusal Bilim ve Teknoloji Ödülleri Konferansı ve İki Akademinin Akademisyenleri Konferansı'nda, Genel Sekreter Xi Jinping, gelecekteki bilim ve teknoloji ve endüstriyel kalkınmanın komuta yüksekliğini hedeflememiz gerektiğini vurguladı. Yeni nesil bilgi teknolojisi, yapay zeka, kuantum teknolojisi, biyoteknoloji, yeni enerji ve yeni materyaller alanlarında bilimsel ve teknolojik yeniliği hızlandırın ve gelişmekte olan endüstrileri ve gelecekteki endüstrileri geliştirir ve geliştirir.
Geleceğe baktığımızda, Chen Guoqiang güven dolu: "Bilimsel ve teknolojik inovasyon ve endüstriyel yeniliklerin derin entegrasyonunu sağlam bir şekilde teşvik edeceğiz, PHA sanayileşme seviyesini iyileştirmeye devam edeceğiz ve ülkemin" ikili karbon "ı gerçekleştirmesine katkıda bulunacağız. Hedef ve yeşil gelişim! "
