近年来,新兴生物技术迅猛发展。生物技术既能作为坚实的屏障替人类阻挡病原体入侵,也能化身锋利的矛头刺破人类生物安全防御体系。今年,新冠疫情在全球的暴发和蔓延也暴露了当前国际生物安全体系的脆弱性。
目前,我国生物技术的科研力量主要分布在卫生系统、国防科研系统、中科院系统、高校系统和企业等。其中,中国科学院微生物研究所(以下简称微生物所)就是我国生物技术研究的一支中坚力量。
对于我国来说,一方面,我国人口基数大,面临的生物安全风险因素多、挑战大。随着我国城市化进程的加快,人口高度集中和大规模密集流动也给生物安全风险防控带来了很大压力;我国还存在着生物安全领域科技创新能力不足、一些影响生物安全的关键核心技术、产品和装备受制于人等现实问题;随着生物和生命技术的快速发展,本身存在的滥用和伦理风险、由生物资源管理不规范造成的资源泄露、流失风险也不容小觑。
另一方面,对生物技术和公共卫生安全的研究既要面向世界科技前沿、服务国家重大需求,又要围绕“生命与健康”和“资源生态环境”创新领域,以微生物资源、微生物技术、病原微生物与免疫为主要研究领域,在研究微生物生物多样性、基本生命特征和生态功能的基础上,努力创建从微生物资源开发、功能改造和利用、生物技术创新到成果转化的自主研发体系,以服务人民生产生活,服务国民经济主战场。可以说,生物技术研究“既要顶天又要立地”。
沉淀与创新
微生物所成立于1958年12月,前身是中国科学院应用真菌研究所和中国科学院北京微生物研究室,更早的历史可以追溯到新中国成立以前。微生物所成立后,积极响应国家当时对科技发展的基本要求,以任务带学科,发扬抓尖端、抓重大、抓基本理论及全面占领、重点突破的“三抓精神”,先后承担了一系列来自工农业生产需求的课题任务:农业微生物研究室承担的研究任务有小麦锈病、马铃薯晚疫病、棉花枯萎病的防治研究及农业抗生素的研究等项目;病毒研究室承担油菜花叶病毒的研究;生理生化研究室承担烟草花叶病毒的纯化研究;工业微生物研究室主要承担丙酮丁醇发酵、菌类饲料和酒精酵母的研究;地微生物研究室则研究微生物方法勘探石油和黄河三门峡地区铁细菌的调查。
新中国成立后,微生物所在我国微生物资源调查、微生物生理代谢、微生物遗传变异等方面做了大量工作,在工业微生物学、地微生物学、霉腐微生物学、抗生素与拮抗微生物方面结合国民经济发展的需求,筛选出一大批适合于应用的优良菌种,分别在酿造、酒精、丙酮丁醇、有机酸、毛皮加工、石油勘探、抗生素生产方面得到应用,解决了许多生产中的实际问题。
近日,在山东德州召开的“第22届中国科协年会公共卫生安全与生物技术论坛”上,微生物所党委书记李俊雄介绍了微生物所在我国酶制剂工业、发酵工业、农药医药工业及化工工业发展做出的一系列开拓性贡献。“应该说,从成立中国科学院微生物技术开发公司开始,微生物所的应用性成果开始转化成真正意义上的生产力。”
据介绍,中国科学院微生物技术开发公司在1984年成立的当年就通过签订技术转让合同获得转让收入40余万元,1985年,研究所将“二步发酵法生产维生素C的新工艺”以550万美元转让给了瑞士Roche公司。此后,微生物研究所开始逐步将大部分技术转化为应用性成果投放市场,“北到黑龙江,南到广西,西到新疆,东到山东……我们在全国各地根据地方需求推动生物技术成果转化,如肥料增效、农药替代、有机物附属、动物健康饲料、农林废弃物充分的利用、微生物发酵工艺和环境污染治理等,在积极推动产业化升级的同时,也给当地政府和企业带来了实实在在的效益。”李俊雄还介绍了微生物发酵酿酒技术,“对于这种传统酿造技术,我们要求形成工艺标准、生产可控的过程,保证品控和质量。我们考虑的不仅是简单的原酿或是勾兑,通过机械化、自动化、智能化,我们还要让它成为新型的、有独立自主知识产权酒曲的产品,充分体现技术优势。“比如海藻糖原来从生物细胞中提取,但成本非常高,几乎用不起。后来我们采用微生物发酵来生产海藻糖,转换率低,成本也很高。现在,同样是采用微生物发酵,我们先提取海藻糖的合成酶,采用酶反合成海藻糖,转换率从70%达到了90%,大大提高了制备效率、降低了制备成本。”
据了解,海藻糖是一种天然安全糖类,可广泛应用于食品、美容、生物医药等领域。国内外对海藻糖菌株的选育和提取、纯化进行了大量研究,工艺已经比较成熟,但由于其成产成本过高未能在食品工业中广泛应用。
“我们解决的很多科学问题,其实就是把成本高的变成成本低的,把质量差的变成质量好的,把老板姓用不起的变成用得起的。”据李俊雄介绍,近两年来,海藻糖制备技术的应用为微生物技术开发公司带来的产值已经过亿元。
让成果走上“书架和货架”
近年来,微生物所开发的长链二元酸、乳链菌肽、低聚糖、食药用真菌、生物降解塑料、氨基酸、转基因植物等一大批科技成果被国内外企业应用。长链二元酸先后转让给多家公司,在山东淄博和济宁、江苏淮南和南通建成了4座千吨级规模的长链二元酸生物发酵厂,年生产能力超过1万吨,产品远销欧洲、美国和日本,已创利税超过5亿元,形成了我国独有的、原创性民族企业。国际知名公司如杜邦、汉高和通用电器等,都在购买我国的长链二元酸产品和技术。至今,中国仍是世界上唯一一个能用生物技术进行大规模工业化生产长链二元酸系列产品的国家。
中国科学院院士、病原微生物与免疫学重点实验室主任高福曾说:“科学问题一定要和社会问题有效对接,研究成果或是走上书架,进入教科书;或是走上货架,变成产品,解决实际需求。”
多年来,微生物所在积极承担国家重大科技任务、促进重大成果产出的同时,也积极推动着分子病毒学、免疫生物学等前沿研究,真正做到了“既要顶天又要立地”。研究所先后在H5N6、H7N9等流感病毒、埃博拉病毒、寨卡病毒、基孔肯雅热、B族肠道病毒、非洲猪瘟病毒、裂谷热病毒等多个方面获得了重要研究进展,成功研发流感病毒多价疫苗、中东呼吸综合征(MERS-CoV)广谱中和抗体、寨卡病毒疫苗,开发重组干扰素抗病毒生物制品。经过十余年的发展,微生物所在病毒跨种机制传播研究方面已走在国际最前沿。(本栏目未经报告人审核)
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