上海交大生命科學技術學院副教授倪俊在實驗室。(受訪者供圖)

記者周琳、董雪

你見過“細胞工廠”嗎?在這里，生產線上忙碌工作的不是“打工人”，而是一顆顆通過顯微鏡才能看清楚的細胞，它們不吃飯也不睡覺，只要有陽光和空氣，就能生產出一系列人們需要的高價值天然產物。

上海交通大學生命科學技術學院副教授倪俊將這樣神奇的“細胞工廠”變?yōu)楝F(xiàn)實，他使用基因編輯等合成生物技術對藍藻進行改造，通過引入其他植物的天然產物“生產線”，讓繁殖速度快、光合效率高的藍藻也能生產出相應的高附加值物質。

以天然活性抗氧化成分白藜蘆醇為例，葡萄、花生等植物中的白藜蘆醇含量通常不足萬分之一。使用“藍藻工廠”后，每生產一噸白藜蘆醇，可以相應縮短生產周期240倍，節(jié)約土地72750畝，同時吸收二氧化碳超過兩千噸。

拓荒：改造“植物祖先”藍藻

“你可以隨心所欲改造藍藻，引入不同植物的代謝途徑，就相當于把藍藻變成‘人參’‘葡萄’等植物?！蹦呖≌f，“理論上來說，只要是自然界植物能產生的物質，都能用‘藍藻工廠’來生產?！?/p>

憑借在合成生物學領域取得的成果以及對環(huán)境保護做出的貢獻，倪俊成為2019年《麻省理工科技評論》“35歲以下科技創(chuàng)新35人”中國區(qū)得主。

2013年前后，將大腸桿菌、酵母菌改造為“細胞工廠”的生物合成技術正在蓬勃發(fā)展。在科學家們的努力下，“細胞工廠”可以利用葡萄糖為原料，大量生產特定的有機物。

但是，葡萄糖依舊是一筆不小的成本，稱不上真正的“綠色合成”，能不能直接利用植物的光合作用，用二氧化碳做原料?當時正在上海交通大學攻讀博士學位的倪俊有了一個大膽的想法：有著“植物祖先”之稱的單細胞生物藍藻能表達幾乎所有植物源的基因，而且內部結構非常簡單便于改造，還可以直接利用太陽能驅動二氧化碳來合成產物，非常適合用作植物天然化合物的生產平臺。

“我一開始簡單地想把植物的代謝途徑放進藍藻細胞內，但是沒有得到想要的結果，之后又做了很多探索優(yōu)化，用一年多時間才完成對藍藻的定向改造。”倪俊說。

2015年，倪俊首次將光合微生物直接用于轉化太陽能和溫室氣體二氧化碳生產一系列高值天然產物，成為光驅動合成生物學領域名副其實的拓荒者。他通過完善光合微生物的改造方式，使得光合效率提高近70%，還揭示出光合部分關鍵機制，為植物光合效率進一步提高和人工光合自養(yǎng)體系設計奠定了基礎。

革新：將科研搬進工廠造福于民

發(fā)論文更重要?還是應用更重要?在技術不斷突破的同時，倪俊對科研的意義也有了新的認識。

“當學生的時候，希望通過發(fā)論文來得到認可，但是我現(xiàn)在更希望自己的研究成果能有用。有很多技術的價值不在于發(fā)篇論文來體現(xiàn)學科上的創(chuàng)新性，而是應用效果更好、產量更高，能通過大規(guī)模生產造福于民?！蹦呖≌f。

倪俊1987年出生于江蘇揚州，學習生物學是他從小的理想。當時，國內學界曾掀起一場生物學浪潮，“21世紀是生物學的世紀”在許多年輕人心中埋下理想的種子。倪俊也深受感染，讀高中時就開始參加生物競賽，高考報志愿時毫不猶豫地選擇了生物學，立志成為一名生物學領域的科學家。

倪俊回憶，他本科期間的導師從事環(huán)境生物修復研究，用微生物降解農藥殘留，修復土壤環(huán)境。盡管年過花甲的導師付出了很多心血，但由于市場動力不足等原因，技術未能成功應用，這件事一直鞭策著他。

倪俊在取得技術突破后，專注于將藍藻“細胞工廠”真正地搬進工廠，而不是局限于實驗室。目前，他開發(fā)出磷源替代方法，使藍藻養(yǎng)殖實現(xiàn)不滅菌的敞開式培養(yǎng)，擺脫發(fā)酵罐的設備成本和滅菌的能耗成本。而且讓產物存在于細胞里，避免了從藍藻中提取純化的成本，不用把細胞弄破就可以直接使用。

“生產很多化合物不再需要大型的工廠和農場，用罐子或池子就行，就像傳統(tǒng)的養(yǎng)藻一樣簡單方便?！蹦呖≌f。

“香料之王”香蘭素、天然活性抗氧化成分白藜蘆醇、生物基可降解塑料聚乳酸、具有保濕等功效的1，3-丙二醇……倪俊用技術手段直接顛覆了一些領域化工生產或大規(guī)模種植作物后提取特定產物的生產方式，受到市場歡迎，在促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的同時，對緩解氣候變化也起到積極的作用，為我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標提供新解。

挑戰(zhàn)：加速中國合成生物學產業(yè)的發(fā)展

倪俊有一個擔憂：一個生物體中起功能的基因有數(shù)千個，起到調控作用的元件也有很多，整個代謝網(wǎng)絡非常復雜。怎么做到引入一個代謝途徑，能夠與微生物自身的代謝網(wǎng)絡完美合并?刪去哪些基因，又怎樣添加新的基因，才能讓微生物最大化地產生想要的產物?答案是：借助自動化設備大量做實驗，不需要科研人員自己動手，高通量的、準確的數(shù)據(jù)會修正科研人員使用的代謝模型。

“如果有一天自動化設備能用這樣的方式將代謝模型改進到非常準確的程度，現(xiàn)在醫(yī)藥、化工領域的很多產業(yè)將不復存在?，F(xiàn)在還沒有大規(guī)模取代，是因為在大多數(shù)領域生物法的效率還沒有超越化學法或植物提取的效率?！蹦呖≌f。

倪俊表示，合成生物學發(fā)軔于2000年左右，快速發(fā)展的時間還不到10年。從科研端來看，國內外合成生物學的科研水平相差不大，甚至中國在一些技術上領先于國外。比如，第一個將釀酒酵母的16條染色體重新設計并人工合成1條的技術就是出自中國團隊。但是，在自動化設備方面，在人工智能與合成生物學交叉的領域，我們還有一些欠缺。

“歐美的學科交叉發(fā)展得更好，有很多合成生物學的平臺型應用型企業(yè)，但目前，中國還缺少這種平臺企業(yè)將合成生物學的各個環(huán)節(jié)整合起來，提高可實際應用合成生物技術的開發(fā)速度?！蹦呖≌f，這是中國在合成生物學產業(yè)上跟國外差距很大的原因。

“將科研與企業(yè)相融合，促進人工智能、自動化技術與合成生物學交叉發(fā)展，著力發(fā)展新型的合成生物平臺公司，才能加速中國合成生物學產業(yè)的落地與發(fā)展。”倪俊說。