Vous pouvez vous sentir inconnu en ce qui concerne PHA.
Mais si je vous dis que PHA a commencé à être utilisé dans de nombreux domaines tels que la vaisselle, l'emballage alimentaire, l'impression 3D, les fibres textiles, les dispositifs médicaux, etc., vous sentirez que ce n'est pas loin de nos vies.
"La PHA est une famille de matériaux de polyhydroxyalkanoate, qui est un nouveau matériau cultivé à partir de cellules. Il est de nature totalement dégradable et est non toxique et inoffensif." Chen Guoqiang, professeur de la School of Life Sciences de l'Université de Tsinghua et directeur du Center for Synthetic and Systems Biology, l'a présenté de cette manière lorsqu'il a été interviewé par un journaliste de Science and Technology Daily.
Dès 30 ans, Chen Guoqiang a déterminé que le PHA était la direction des futurs matériaux verts et s'est lancé dans la recherche et le développement de la bioprotation du PHA sans hésitation. "Il s'agit d'un processus d'essais et d'erreurs continus. Nous avons frappé le mur encore et encore, et avons percé encore et encore." Il a dit.
Résoudre la douleur de la "contamination bactérienne"
Afin de réduire l'utilisation de plastiques à base de pétrole et d'éviter de provoquer une plus grande pollution blanche, les chercheurs ont recherché des matériaux alternatifs dégradables. La bio-fabrication est l'un des chemins de production reconnus des matériaux alternatifs.
"La biopsie, comme son nom l'indique, est de repenser et de transformer les organismes pour obtenir des cellules de châssis avec d'excellentes performances, puis d'utiliser ces cellules comme usines pour produire divers matériaux nécessaires par les humains." Chen Guoqiang a déclaré aux journalistes.
Parmi de nombreux biomatériaux, la PHA présente les avantages de la biocompatibilité, de la thermoplasticité et de la dégradabilité. Sur la base de l'exploration et de la pratique des années précédentes, en 1994, Chen Guoqiang, qui avait terminé la recherche postdoctorale à l'étranger, est venu à l'Université Tsinghua pour former une équipe et se concentrer sur l'étude de la façon d'atteindre la production de masse de PHA.
"En laboratoire, de nombreux problèmes ne sont pas faciles à exposer. Dans l'usine, une fois l'échelle élargie, tous les problèmes viendront." Chen Guoqiang a constaté que le premier problème était la «contamination» - dans le processus de culture des cellules microbiennes, d'autres champignons et micro-organismes grandiront avec eux.
Une fois que les cellules microbiennes sont "contaminées", l'ensemble du processus de fermentation doit recommencer, avec d'énormes pertes. Afin d'éviter que les cellules soient infectées, un fonctionnement strict aseptique doit être effectué, ce qui demande à l'équipement et au personnel, et a une consommation élevée d'énergie.
"Nous avons essayé de nombreux types de micro-organismes, mais nous n'avons pas pu résoudre ce problème." Chen Guoqiang a rappelé que par hasard, il pensait aux micro-organismes extrêmes.
Les micro-organismes extrêmes se développent généralement dans des environnements extrêmes où les micro-organismes ordinaires ont du mal à survivre et ne sont pas facilement infectés par d'autres micro-organismes. Avec lui, le processus de production de PHA peut être relativement ouvert, sans avoir besoin d'opérations de stérilisation complexes et lourdes.
Chen Guoqiang a donc tourné son attention vers les micro-organismes halophiles difficiles à "contaminer".
Malheureusement, les membres de l'équipe ont cherché à de nombreux endroits, mais tous sont revenus en vain. Ce n'est qu'en 2006 qu'ils ont finalement isolé une souche avec une tolérance au sel et des caractéristiques de croissance rapide d'un échantillon de sol récupéré à partir d'un lac salé avec une faible latitude, une grande différence de température entre le jour et la nuit, et une salinité plus élevée que l'eau de mer. Il s'agit des bactéries halophiles.
Construire les bases du "châssis"
Avec la bonne souche, la construction de cellules de châssis est devenue la clé pour réaliser la bio-fabrication.
"Les cellules du châssis peuvent convertir la biomasse renouvelable telle que le glucose, l'amidon et l'huile végétale en PHA pendant le processus de fermentation." Chen Guoqiang a déclaré: "Ils sont comme des machines dans une usine, qui peuvent produire en permanence les matériaux en polymère dont nous avons besoin."
Pour obtenir des cellules de châssis, les gènes des bactéries halophiles doivent être démontées et assemblées. De nouveaux problèmes ont suivi - Les halophiles sont trop spéciaux et manquent d'outils de manipulation moléculaire prêts à l'emploi.
"" Scalpels moléculaires "," aiguilles de suture moléculaire "et" transporteurs moléculaires "sont tous des outils nécessaires." Chen Guoqiang a expliqué: "Ils sont responsables de la coupe, de la recombinaison et du transport des gènes microbiens respectivement."
Sans outils, les halophiles sont comme une "boîte noire" qui peut être vue mais pas utilisée.
Les vecteurs plasmidiques sont couramment utilisés des «transporteurs moléculaires» qui sont responsables de l'introduction de gènes recombinés dans des cellules receveuses. "Cet outil à lui seul a consommé une grande partie de notre énergie." Chen Guoqiang a déclaré aux journalistes que l'équipe avait essayé des centaines de plasmides existants, mais aucun d'entre eux n'a réussi.
Ce qu'il faut faire? Développez uniquement la portée et trouvez de nouveaux plasmides. Après des efforts inlassables, tout le monde a dépisté plus de 200 plasmides avec potentiel, les a testés un par un, et finalement inauguré un tournant - 3 d'entre eux peuvent être utilisés!
Avec les plasmides, la "boîte noire" de la modification génétique microbienne a été ouverte.
Sur cette base, l'équipe a développé une série d'outils pour l'édition de gènes, la régulation métabolique et l'optimisation du réseau, qui peuvent modifier et réguler les performances des cellules du châssis à partir de différents niveaux.
Il a fallu à l'équipe R&D un dix ans complet pour développer des outils de manipulation moléculaire. "Ce processus est très douloureux." Chen Guoqiang a admis que le secret du succès est la foi et la persistance.
Enfin, les cellules du châssis ont été construites par l'équipe.
"La prochaine étape est la vérification de la production. Nous avons passé encore sept ou huit ans pour surmonter les difficultés de l'amélioration des processus de fermentation, de la transformation de la morphologie bactérienne, de la séparation des matériaux et de l'extraction, et avons traversé l'amplification industrielle" Death Valley ". chercheur associé à l'École des sciences de la vie de l'Université Tsinghua, présentée.
Marcher sur la route de la "transformation"
Au cours de l'amplification industrielle, en 2018, Chen Guoqiang a proposé pour la première fois de la "biotechnologie industrielle de nouvelle génération" à l'échelle internationale, et elle a été vérifiée dans des "essais à petite échelle", des "essais pilotes" et de la production à grande échelle.
Mais cela ne signifie pas que cette technologie peut être reconnue par les entreprises. L'équipe fait face à une nouvelle transformation de niveau de résultats.
"La biotechnologie industrielle de nouvelle génération" utilise un système de fermentation continu qui ne nécessite pas de stérilisation pour la production. Il présente les avantages d'une efficacité ouverte et élevée, de faible consommation d'énergie et de conservation de l'eau. Il s'agit d'une version améliorée de 2.0 de la technologie de bio-fabrication traditionnelle. " Wu Fuqing a déclaré que ces caractéristiques subversives ont inquiet les entreprises de fermentation traditionnelles.
"Il a toujours été strictement scellé et stérilisé à haute température. Vous avez dit que vous n'en avez pas besoin, donc vous n'en avez pas besoin?" Certaines entreprises pensent même que l'équipe de R&D "trompe".
Après plusieurs rebondissements, l'équipe a finalement trouvé une grande entreprise de fermentation disposée à essayer. Afin de dissiper les préoccupations de l'autre partie, le test de fermentation a été effectué sur place.
200 réservoirs de fermentation cube, le premier test, succès!
L'ingénieur de l'autre partie soupçonnait: y a-t-il un facteur de "chance"? Ensuite, réessayez, il réussira! La coopération a été atteinte avec succès.
En 2021, la transformation de réalisation Enterprise-Beijing Weiguochang Biotechnology Co., Ltd. (ci-après dénommée "Weiguochang") a été établie et l'industrialisation est entrée dans la voie rapide.
"Après la création de l'entreprise, sous la direction du marché, les progrès de la recherche scientifique en laboratoire ont été accélérés." Ouyang Pengfei, vice-président de Weiguochang, a déclaré: "Dans le passé, les souches ont connu trois générations en 9 ans; ces dernières années, ils ont été itérés de trois générations en un an; cette année, il devrait être itéré de 4 à 5 générations. "
L'itération a donné aux souches de meilleures performances et a jeté une base plus solide pour l'industrialisation.
Une ligne de démonstration de production intelligente avec une production annuelle de 1 000 tonnes a été construite à Shunyi, Pékin, et une base de production avec une production annuelle de 30 000 tonnes a été établie à Yichang, Hubei ... "Nous nous sommes également associés à Chuan Ning Biotechnology pour promouvoir l'application de l'industrie PHA de qualité médicale et construire une «usine de phare» à Hefei, Anhui pour explorer divers scénarios d'application. " Ouyang Pengfei a présenté.
En 2023, sur la base du développement et de l'utilisation des bactéries halophiles et de la contribution de la "biotechnologie industrielle de nouvelle génération" à l'industrie, la Société internationale pour l'ingénierie métabolique a décerné à Chen Guoqiang le "prix international d'ingénierie métabolique". Aujourd'hui, les technologies connexes ont été largement utilisées dans la production ouverte de biopingage.
Lors de la récente conférence nationale des sciences et de la technologie, la National Science and Technology Awards Conference et la Conférence des académiciens des deux académies, le secrétaire général Xi Jinping a souligné que nous devons viser les sommets commandés des futurs sciences et technologies et développement industriel, accélérer l'innovation scientifique et technologique dans les domaines des technologies de l'information de la nouvelle génération, de l'intelligence artificielle, de la technologie quantique, de la biotechnologie, de la nouvelle énergie et de nouveaux matériaux, et cultivent et développent des industries émergentes et des industries futures.
En regardant vers l'avenir, Chen Guoqiang est plein de confiance: "Nous allons solidement promouvoir l'intégration profonde de l'innovation scientifique et technologique et de l'innovation industrielle, continuerons d'améliorer le niveau de l'industrialisation de la PHA et contribuer à la réalisation de mon pays du" double carbone " Objectif et développement vert! "
