北京化工大学生命科学与技术学院实验室培养中的菌种

华熙生物建设的全球最大合成生物中试平台

中国科学院微生物研究所研究人员正在进行实验。本刊记者 孙冰I摄

生物制造的“卡脖子”环节

据刘树文介绍，生物制造的技术链条可分为三个核心环节：一是菌种设计，即通过“设计—构建—测试—学习”的DBTL循环打造“细胞工厂”；二是发酵工艺，即放大培养与过程控制；三是分离纯化，即产物提取与精制。

“后两个环节我们基本与国外先进水平相当，甚至工程化能力更强，产业链效率更是全球最高。我们最大的挑战是在菌种环节，源头创新不足。背后的底层原因还是投入不足，国外毕竟积累多年，很多企业愿意拿十几亿的投入和10余年的时间去研发一个菌种，而我们这样的企业太少。”刘树文介绍说。

“菌种（包括酶）是生物制造的基础，也是最核心的部分，类比芯片非常恰当。如何提高菌种代谢效率、原料适应性和工艺匹配性，已经是生物制造中的核心竞争点。”国家先进功能纤维创新中心主任、东华大学教授王华平告诉本刊记者。

王华平说，“菌种芯片”和芯片类似，不仅是设计重要，“流片”和稳定量产能力也很重要。

“大自然中的菌种和酶非常多，首先要识别出哪些是高效可用的，然后对菌种进行编辑、改性和提升。这个过程需要使用基因测序设备和基因编辑工具。原来都是进口的，现在华大基因等中国企业也能够提供国产化测序设备，但有些设备和国际最先进水平相比还存在一定距离。”王华平说。

江南大学未来食品科学中心教授、教育部“长江学者”特聘教授康振告诉本刊记者，当前，生物制造已成为各国抢占科技和工业领先地位的核心新赛道，竞争焦点就是上游底层核心技术主导权。

“底层核心专利仍被海外垄断；基础数据库、生物设计工业软件自主化不足；菌种设计仍以迭代改良为主，能用但不领先、可应用难引领；高端特种菌种与底层工具卡脖子风险突出。”康振如是总结当前的主要挑战。

康振透露，我国工业成熟菌种自主化率约30%至40%，但核心底盘菌株、原创基因编辑工具自主化不足20%。

“美欧长期垄断高端测序基因设备、生物设计软件、核心工具酶等基础软硬件，通过出口管制构筑技术壁垒。这已经是当前生物制造全球竞争关键的卡脖子环节。”康振说。

从“克”到“吨”，跨越中试“死亡之谷”

即使在实验室中获得了“完美”菌种，距离创造产业化价值还隔着一道“死亡之谷”。实验室阶段的科研成果通常在毫克级到克级规模完成，而工业化生产需要达到公斤级甚至吨级。这不仅仅是规模的简单放大，而是涉及各种工程参数的全面重新优化。

“会有各种各样的‘死法’。”华熙生物中试成果转化中心总经理王恩旭告诉本刊记者。技术从实验室到产业化，中试是重要的关键环节和必经关卡，实验室里表现优异的菌种和工艺，一旦放大到几吨甚至几十吨级的发酵罐，整体成功率大约只有20%。这也是为什么业内常称中试为“死亡之谷”。

“有的时候是因为经济性不好，无法量产，很多时候‘死’就是字面的意思，因为细菌是活的。”王恩旭说。

尽管生物制造赛道政策热、资本热，但真正能跑通从实验室到商业闭环的企业其实不多。

从北京向南驱车约两个多小时，就来到了位于天津滨海新区的华熙生物中试成果转化中心，这里是华熙生物历时6年建成的全球规模最大合成生物中试平台，占地面积约700亩，累计投资额达30亿元。

2025年12月，该平台入选工业和信息化部首批“生物制造中试能力建设平台”，并获得最高等级“五星级”认证（全国仅5家）；2026年5月，该平台入选制造业中试平台首批生物制造领域认证（全国仅8家）。

记者走进发酵车间，最先感受到的是气味——不是刺鼻的化学品气味，而是一种有点像煮豆子味道的焖香。“当罐里放了豆粕或玉米粉的时候，味道会更浓。”工作人员说。

车间里完全没有传统工厂的轰鸣，持久的背景音是类似空气压缩机的低沉嗡鸣。“因为细菌是活的，要呼吸，需要不停地给它们通气。”工作人员解释。

据介绍，这里运行着64条柔性化中试产线，配有从5升到两万升不同规模的发酵系统50余套，以及离心、膜分离、柱层析、结晶、喷干、冻干等分离纯化设备100余套。

“华熙生物中试平台的最大特点就是我们是一个拥有AI‘智慧大脑’的柔性化中试平台。”王恩旭说。

所谓“柔性化”，核心在于该中试平台采用模块化设计，每个设备以模块形式呈现，不同的产品通过不同的管道快速组合串联。

“比如人乳寡糖、麦角硫因、胶原蛋白、透明质酸……这些产品的工艺路径完全不同，但可以通过更换设备模块快速适配。为了满足不同的生物活性物，需要一套‘万能’平台来接住它们。”王恩旭解释说。

王恩旭特别强调，要把实验室技术成功产业化，不仅要解决技术问题，还要考虑成本问题。实验室追求表达量越高越好，会用最好的营养物质，用最纯净的水……但产业化则需要计算投入产出比。

比如，“智慧大脑”通过AI分析发现，当把发酵罐里的氮源从一种换成另一种之后，产物的表达量从每升10克降到了9克，这看起来产量下滑10%，但投料成本降低了90%。综合核算后发现更合适。

“这就是产业化的核心思路，要算总经济账，而不是只看单一指标。”王恩旭说。

据透露，目前该中试平台除了满足华熙生物自身的需求，也服务了覆盖高校院所、初创团队、投资机构、大型国央企等诸多外部客户。

该中试平台构建了“研发试验验证—中试放大—检验检测—市场转化”一体化运行模式，打破了传统中试环节仅承担工艺放大功能的单一局限。

“我们依托华熙生物的全产业链资源，进一步延伸出中试下游的制造匹配、市场对接、应用场景开发能力，已成功推动多项科研成果从实验室走向生产线，实现了‘样品—产品—商品’的全链路贯通。”王恩旭说。

华熙生物副总裁王瑞妍告诉本刊记者，全国大部分中试平台，尤其是如此大规模的中试平台，一般都是由地方政府、央国企等建设，民营企业牵头建设的并不多见，尤其是在生物制造领域。而华熙生物之所以要做这种“慢而重”的积累，就是要破解成果转化难题。

“从中试到规模化生产，需要大量的资金投入，且投资周期长、不确定性高。许多资本更倾向于短平快的项目，但生物制造这种需要长期坚守的领域需要足够的耐心。”王瑞妍说。

任何一个产业的发展与繁荣都不可能是“独角戏”。王瑞妍说，通过自主建设全球最大的合成生物中试平台，华熙生物希望将25年积累的工程化经验形成可复用的平台能力输出给行业，进而构建更好的产业发展生态。

本刊记者 孙冰

责任编辑：姚坤 周琦