先进生物制造战略性先导科技专项课件.ppt

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1、先进生物制造先进生物制造 汇汇 报报 人：马延和人：马延和战略性先导科技专项战略性先导科技专项2009.12.152009.12.15提纲提纲一、战略定位与预期目标一、战略定位与预期目标二、科技路线图二、科技路线图三、必要性和基础三、必要性和基础四、核心队伍四、核心队伍五、组织管理方案五、组织管理方案一、战略定位与预期目标一、战略定位与预期目标加快加快调整经济结构、转变增长方式调整经济结构、转变增长方式，节约发展、清洁发展、安全发展，节约发展、清洁发展、安全发展，是我国现阶段的历史使命。是我国现阶段的历史使命。建立绿建立绿色、低碳与可持续的产业经济体系色、低碳与可持续的产业经济体系的核心科技具

2、有重大战略意义。的核心科技具有重大战略意义。我国现代工业化经济进程与能源、我国现代工业化经济进程与能源、资源、环境形势的现实形成了剧烈资源、环境形势的现实形成了剧烈冲突。到冲突。到2020年要实现单位年要实现单位GDP CO2减排减排40-45%的目标，面临巨大的目标，面临巨大压力和特殊困难压力和特殊困难资源、环境形势需要新的经济发展模式资源、环境形势需要新的经济发展模式化石化石资源资源可再生可再生碳资源碳资源 生物燃料生物燃料(醇、油、气醇、油、气)生物材料生物材料 生物基化学生物基化学品品 燃料燃料(汽煤柴汽煤柴)材料材料 化学品化学品生物制造是变革经济增长方式的战略选择生物制造是变革经济

3、增长方式的战略选择能源资源短缺能源资源短缺我国原油进口比例已达我国原油进口比例已达51.3%气候变化气候变化我国我国CO2排放量已成为全排放量已成为全球最大球最大环境污染环境污染我国石化工业每年排放废我国石化工业每年排放废水达水达60亿吨亿吨生物制造是以生物制造是以可再生的碳资源为原料，可再生的碳资源为原料，利用生物利用生物机能机能生产燃料、材生产燃料、材料和化学品的加工方式料和化学品的加工方式，能够显著降低对化石资源的依赖，减少，能够显著降低对化石资源的依赖，减少CO2排放，从源头降低环境污染排放，从源头降低环境污染生物制造生物制造石化制造石化制造生物科技将催生新的产业革命生物科技将催生新的

4、产业革命 生命科学在向系统生命科学在向系统化、定量化的方向快化、定量化的方向快速发展。速发展。设计、改造设计、改造生物体功能，发展先生物体功能，发展先进的生物制造技术体进的生物制造技术体系，是生物科技发展系，是生物科技发展的重大机遇，将催生的重大机遇，将催生新的生物产业革命，新的生物产业革命，促进可持续经济体系促进可持续经济体系的形成与发展的形成与发展 设计、设计、设计、设计、构建、构建、构建、构建、改造改造改造改造新型生物体新型生物体新型生物体新型生物体，建立先进、高效、，建立先进、高效、，建立先进、高效、，建立先进、高效、绿绿绿绿色色色色的物质生产模式的物质生产模式的物质生产模式的物质生产

5、模式，促进生物制造产业形成与发展，促进生物制造产业形成与发展，促进生物制造产业形成与发展，促进生物制造产业形成与发展预期目标预期目标 可再生碳资源高效生可再生碳资源高效生可再生碳资源高效生可再生碳资源高效生物转化技术体系物转化技术体系物转化技术体系物转化技术体系生物质原料生物质原料废弃物，废弃物，CO2生物基产品生物基产品(化工原材料等化工原材料等)高能量密度高能量密度生物燃料生物燃料精细化学品精细化学品 绿色、高效的生物催绿色、高效的生物催绿色、高效的生物催绿色、高效的生物催化技术体系化技术体系化技术体系化技术体系 高效、智能的生物系高效、智能的生物系高效、智能的生物系高效、智能的生物系统与

6、生物过程技术体系统与生物过程技术体系统与生物过程技术体系统与生物过程技术体系1 形成可再生碳资源高效生物转化技术体系，逐步实现化石形成可再生碳资源高效生物转化技术体系，逐步实现化石形成可再生碳资源高效生物转化技术体系，逐步实现化石形成可再生碳资源高效生物转化技术体系，逐步实现化石资源替代，促进工业原料路线的变革性转移与低碳经济发展资源替代，促进工业原料路线的变革性转移与低碳经济发展资源替代，促进工业原料路线的变革性转移与低碳经济发展资源替代，促进工业原料路线的变革性转移与低碳经济发展应用领域应用领域2万亿元万亿元 生物能源生物能源 柴油柴油 高分子材料高分子材料 塑料塑料 合成纤维合成纤维 橡

7、胶橡胶 化工原料化工原料可可再再生生碳碳资资源源生物质生物质资源资源城市城市废弃物废弃物CO废气废气工业工业CO2 异丙醇异丙醇丁二醇丁二醇丁二酸丁二酸异戊二烯异戊二烯长链醇长链醇苯苯 促进替代石油资源促进替代石油资源25%，育成生物新能源，育成生物新能源，生物新材料等产业，建设绿色、低碳与可持生物新材料等产业，建设绿色、低碳与可持续的产业经济体系续的产业经济体系2020创新目标创新目标设计和构建先进的设计和构建先进的能源和工业生物体能源和工业生物体2 建立绿色、高效的生物催化技术体系，逐步实现化学加工建立绿色、高效的生物催化技术体系，逐步实现化学加工建立绿色、高效的生物催化技术体系，逐步实现

8、化学加工建立绿色、高效的生物催化技术体系，逐步实现化学加工方式替代，促进化工和医药工业的节能减排方式替代，促进化工和医药工业的节能减排方式替代，促进化工和医药工业的节能减排方式替代，促进化工和医药工业的节能减排应用领域应用领域5000亿元亿元 医药化学品与医药化学品与中间体中间体 农药化学品与农药化学品与生物农药生物农药 材料化学品材料化学品与中间体与中间体 香精香料香精香料有有机机原原料料 甾体激素甾体激素手性胺手性胺手性醇手性醇-氨基酸氨基酸手性香料手性香料使精细化工产品的生物法替代化学法达到使精细化工产品的生物法替代化学法达到30%，促进环境改善与化学工业可持续发展，促进环境改善与化学工

9、业可持续发展2020创新目标创新目标筛选、改造和制备筛选、改造和制备新一代生物催化剂新一代生物催化剂3 建立高效、智能的生物系统与生物过程技术体系，促进传建立高效、智能的生物系统与生物过程技术体系，促进传建立高效、智能的生物系统与生物过程技术体系，促进传建立高效、智能的生物系统与生物过程技术体系，促进传统产业升级与新兴生物产业的形成与发展统产业升级与新兴生物产业的形成与发展统产业升级与新兴生物产业的形成与发展统产业升级与新兴生物产业的形成与发展应用领域应用领域2万亿元万亿元 发酵工业发酵工业 医药工业医药工业 饲料工业饲料工业 纺织工业纺织工业 造纸工业造纸工业 制革工业制革工业工工业业原原料

10、料 抗生素抗生素,氨氨基酸基酸,酶制剂酶制剂 高值天然活高值天然活性物质性物质 生态工艺生态工艺新一代工程菌株和新一代工程菌株和先进生物反应器先进生物反应器发酵工业技术水平提高发酵工业技术水平提高20-30%，轻纺工业，轻纺工业实现污染物源头控制，资源消耗与废水排放实现污染物源头控制，资源消耗与废水排放减少减少30%以上以上2020创新目标创新目标二、科技路线图二、科技路线图关键核心科技问题关键核心科技问题 可再生可再生碳资源碳资源生物制造生物制造产品产品尽管将尽管将生物质资源转化成乙醇、聚乳酸、生物质资源转化成乙醇、聚乳酸、1,3-丙二醇等丙二醇等燃燃料、材料和料、材料和大宗化学品的生物大宗

11、化学品的生物制造制造技术已经成为现实技术已经成为现实，但，但总体上，生物制造的社会和经济影响力还非常有限总体上，生物制造的社会和经济影响力还非常有限 生物质资源生物质资源 城市废弃物城市废弃物 CO废气废气、工业工业CO2 生物燃料生物燃料 生物材料生物材料 化工原料化工原料1 可再生碳资源生物转化利用的效率与途径可再生碳资源生物转化利用的效率与途径生物质降解能生物质降解能力低，成本高力低，成本高复杂生物质组复杂生物质组分利用能力低分利用能力低合成代谢受到合成代谢受到调控，水平低调控，水平低合成途径局限，合成途径局限，不能合成不能合成复杂原料复杂原料大量合成大量合成定向合成定向合成微量合成微量

12、合成不能合成不能合成精细原料精细原料构建新型生物体，提高原料利用能力和产品合成能力构建新型生物体，提高原料利用能力和产品合成能力途径的重途径的重组与延伸组与延伸解除代解除代谢调控谢调控增强增强5C糖转运糖转运和代谢能力和代谢能力强化纤维素酶强化纤维素酶的组分与活力的组分与活力新型生物体能够媲美化学催化剂，变革化学催化过程新型生物体能够媲美化学催化剂，变革化学催化过程2 有机化学品生物催化合成的能力与范围有机化学品生物催化合成的能力与范围我们对生物催化剂的了解远远不及对化学催化剂的了解我们对生物催化剂的了解远远不及对化学催化剂的了解化学合成化学合成生物合成生物合成生物生物催化剂催化剂种类少种类少

13、稳定性差稳定性差选择性差选择性差催化活性低催化活性低成本高成本高新的筛选技术新的筛选技术计算模计算模拟和体拟和体外定向外定向进化进化高表达系统和高表达系统和高表达技术高表达技术工业生物过程工业生物过程(20多年历史多年历史)石油化工过程石油化工过程(90年历史年历史)生生产产费费用用3 复杂生物系统的工程效率复杂生物系统的工程效率与石油化工过程相比，生物过程的成本高，效率低。基于三与石油化工过程相比，生物过程的成本高，效率低。基于三传一反的化工理论不能完全指导复杂生物体系的过程优化传一反的化工理论不能完全指导复杂生物体系的过程优化从细胞、多细胞到系统过程多层次上揭示其调控与应答机制，解决生物过

14、程中从细胞、多细胞到系统过程多层次上揭示其调控与应答机制，解决生物过程中的物质与能量转化规律、多相传递、工程放大原理等问题，将提高生物体的实的物质与能量转化规律、多相传递、工程放大原理等问题，将提高生物体的实际应用能力，并有助于构建多物种的生态体系与生态工艺际应用能力，并有助于构建多物种的生态体系与生态工艺发酵罐发酵罐模拟计算平台模拟计算平台流场测试与分流场测试与分析析放大放大分子层次分子层次细胞层次细胞层次生物系统层次生物系统层次生物固碳转化技术生物固碳转化技术 可再生碳资源可再生碳资源生物转化利用的生物转化利用的效率与途径效率与途径关键核心科技问题的关联性关键核心科技问题的关联性有机化学品

15、生物有机化学品生物催化合成的能力催化合成的能力与范围与范围复杂生物系统的工复杂生物系统的工程效率程效率人工设计、构建人工设计、构建新型生物体，新型生物体，突突破自然局限破自然局限系统风险系统风险评估评估可能的多条技术路径及风险分析可能的多条技术路径及风险分析可再生可再生碳资源碳资源生物基生物基产品产品酶分子催化技术酶分子催化技术生物固碳转化技术生物固碳转化技术细胞工厂细胞工厂生物催化剂生物催化剂固碳分子机器固碳分子机器与生物系统与生物系统细胞代谢转化技术细胞代谢转化技术有机原料有机原料生物质生物质CO、CO2 以手性醇、手性胺、甾体以手性醇、手性胺、甾体激素等高值精细化学品的生激素等高值精细化

16、学品的生物合成转化为目标。物合成转化为目标。筛选、设计新生物催化剂筛选、设计新生物催化剂改造优化：生物催化剂的体改造优化：生物催化剂的体外分子进化、计算机辅助理外分子进化、计算机辅助理性设计性设计构建蛋白质高表达体系构建蛋白质高表达体系 建立工业催化过程介质工建立工业催化过程介质工程技术和反应控制技术，优程技术和反应控制技术，优化生物合成反应过程化生物合成反应过程技术路径技术路径1 酶分子催化酶分子催化生物催化剂生物催化剂单步催化反应风险小，多步、复杂催化反应难度大单步催化反应风险小，多步、复杂催化反应难度大生物生物催化剂催化剂设计设计合成合成筛选筛选改造改造表达表达反应反应体系体系催化催化过

17、程过程高值精细高值精细化学品化学品实验室检测实验室检测改进改进评估评估分子动力学分子动力学结构域组合结构域组合结构信息结构信息实验数据实验数据(NMR or X-ray)模型模型KYVIFNKYVIFNRYVVFNRYVVFNRYVQYNRYVQYN计算机模拟计算机模拟技术路径技术路径2 细胞代谢转化细胞代谢转化-细胞工厂细胞工厂 以生物质原料转化长链醇、琥珀酸、以生物质原料转化长链醇、琥珀酸、化工醇等为目标化工醇等为目标选择大肠杆菌、棒杆菌、丙丁菌及选择大肠杆菌、棒杆菌、丙丁菌及新微生物等为操作体系。新微生物等为操作体系。筛选新的微生物细胞体系筛选新的微生物细胞体系基因组测序与组学分析，系统

18、生物基因组测序与组学分析，系统生物技术改造技术改造 系统代谢工程遗传改造与基因组水系统代谢工程遗传改造与基因组水平遗传工程平遗传工程 以合成生物学技术，合成生物元件，以合成生物学技术，合成生物元件，组装新的细胞工厂组装新的细胞工厂 发酵过程的计算仿真放大，自动化、发酵过程的计算仿真放大，自动化、智能化的过程优化控制技术智能化的过程优化控制技术 精细原料风险小，复杂原料难度大；筛选风险小，设计难度大精细原料风险小，复杂原料难度大；筛选风险小，设计难度大细胞细胞工厂工厂组学组学分析分析筛选筛选遗传遗传改造改造模块模块合成合成发酵发酵过程过程优化优化生物基生物基产品产品群落固碳风险小，群落固碳风险小

19、，分子机器和细胞难度大分子机器和细胞难度大技术路径技术路径3 生物固碳转化生物固碳转化-固碳体系固碳体系 多酶体系的纳米分子机多酶体系的纳米分子机器构建，实现器构建，实现CO2固定生固定生产甲醇等化学品产甲醇等化学品 微藻的筛选和遗传改造，微藻的筛选和遗传改造，提高光合作用对提高光合作用对CO2的固的固定能力及油脂合成能力定能力及油脂合成能力 多物种生态体系的构建，多物种生态体系的构建，利用工业废气及生物质合利用工业废气及生物质合成气，生产甲烷、乙醇等成气，生产甲烷、乙醇等化学品化学品生物燃料生物燃料和化学品和化学品CO废气废气工业工业CO2细胞细胞群落群落分子分子机器机器发酵发酵过程过程阶段

20、目标阶段目标构建构建2-3个细胞工个细胞工厂模式，生物质厂模式，生物质丁醇和异戊醇等丁醇和异戊醇等长链醇小试。构长链醇小试。构建工程微藻建工程微藻形成高效的细胞工形成高效的细胞工厂系统，丁醇和异厂系统，丁醇和异戊醇产率完成工业戊醇产率完成工业化试验，建立化试验，建立CO/CO2生物固定生物固定多细胞体系多细胞体系生物燃料生物燃料精细化学品精细化学品大宗生物基产品大宗生物基产品产业技术提升产业技术提升获得获得2-3个优良生个优良生物催化剂，实现物催化剂，实现甾体激素、手性甾体激素、手性胺等合成的生化胺等合成的生化工艺工艺获得获得3-5个高效生个高效生物催化剂，甾体物催化剂，甾体激素新工艺达到激素

21、新工艺达到5吨生产规模，形吨生产规模，形成手性醇生物合成手性醇生物合成新工艺成新工艺获得获得2-3个重组工个重组工程菌，抗生素新程菌，抗生素新菌种投入使用。菌种投入使用。丁二酸、丁二醇丁二酸、丁二醇等完成小试等完成小试获得新的工程菌株，获得新的工程菌株，丁二酸产率达到丁二酸产率达到120 g/L，聚氨基，聚氨基酸、二元醇、己二酸、二元醇、己二酸等实现中试酸等实现中试构建构建1-2个酶高表个酶高表达系统，建立生达系统，建立生物制革、生物纺物制革、生物纺织新工艺，实现织新工艺，实现节能减排节能减排获得获得3-5种新工程种新工程菌株与表达系统，菌株与表达系统，氨基酸、酶制剂、氨基酸、酶制剂、棒酸等产

22、率提高棒酸等产率提高30%以上以上中期中期中期中期目标目标目标目标远期远期远期远期目标目标目标目标获得获得3-4个重组工个重组工程菌株，生物法程菌株，生物法长链醇实现长链醇实现10万万吨级，实现藻类吨级，实现藻类油脂规模化油脂规模化开发一批新催化开发一批新催化剂。手性胺与手剂。手性胺与手性醇实现产业化，性醇实现产业化，实现节能减排实现节能减排30%获得一批生物炼制获得一批生物炼制细胞体系。实现万细胞体系。实现万吨级丁二酸，百万吨级丁二酸，百万吨级化工醇生物制吨级化工醇生物制造造获得一批基因工获得一批基因工程菌株，全面改程菌株，全面改造大宗发酵工业，造大宗发酵工业，提升生产水平提升生产水平30%

23、以上以上近期目标近期目标近期目标近期目标201220152020战略战略任务任务核心核心技术技术目标目标高通量分子探针筛选技术高通量分子探针筛选技术蛋白质体外分子进化技术蛋白质体外分子进化技术计算模拟与理性设计技术计算模拟与理性设计技术蛋白质高表达体系和技术蛋白质高表达体系和技术甾体激素甾体激素手性胺生物合成手性胺生物合成生理组阵列针筛选技术生理组阵列针筛选技术遗传操作系统和系统代谢工程技术遗传操作系统和系统代谢工程技术智能、自动发酵过程技术智能、自动发酵过程技术进化工程和生理工程技术进化工程和生理工程技术丁醇、异戊醇丁醇、异戊醇工程菌工程菌万吨级丁二酸万吨级丁二酸10万吨级长链醇万吨级长链醇

24、多物种生态体系构建技术多物种生态体系构建技术CO废气制乙醇废气制乙醇藻类油脂藻类油脂可再生碳资源生物转化利用的效率与途径可再生碳资源生物转化利用的效率与途径有机化学品生物催化合成的能力与范围有机化学品生物催化合成的能力与范围复杂生物系统的工程效率复杂生物系统的工程效率生物固碳技术生物固碳技术抗生素抗生素工程菌工程菌化石资源替代化石资源替代加工方式替代加工方式替代传统产业提升传统产业提升科技路线图科技路线图模块设计与合成生物学技术模块设计与合成生物学技术异戊二烯异戊二烯工程菌工程菌手性醇生物合成手性醇生物合成科技科技问题问题酶制剂酶制剂三、必要性和基础三、必要性和基础合理性、必要性和紧迫性合理性

25、、必要性和紧迫性20042004年年年年“新一代工业生物技术新一代工业生物技术新一代工业生物技术新一代工业生物技术”已经已经已经已经列入国家中长期科技规划发展纲要列入国家中长期科技规划发展纲要列入国家中长期科技规划发展纲要列入国家中长期科技规划发展纲要“工业生物技术工业生物技术”公众关注的频率公众关注的频率 已经设立了新药创制，重大传染病和转基因作物重大科技专项。生物制造已经设立了新药创制，重大传染病和转基因作物重大科技专项。生物制造是现代生物产业发展的五个重点领域之一，但还没有设立相应的重大计划是现代生物产业发展的五个重点领域之一，但还没有设立相应的重大计划 紧迫性：中国提出的紧迫性：中国提

26、出的2020年单位年单位GDP二氧化碳排放比二氧化碳排放比2005年下降年下降40-45%的目标，压力巨大，急需改变经济增长方式的目标，压力巨大，急需改变经济增长方式国际上布局情况国际上布局情况美国美国2020年制造业年制造业挑战的展望挑战的展望明确将明确将“生物制造技术生物制造技术”作作为战略技术领域，列为战略技术领域，列为为2020年制造技术挑年制造技术挑战的战的11个主要方向之个主要方向之一一发达国家都制定了雄心勃勃的战略目标与重大行动计划，以加速发展清发达国家都制定了雄心勃勃的战略目标与重大行动计划，以加速发展清洁、高效和低碳的生物制造技术，促进形成与环境协调的战略产业体系洁、高效和低

27、碳的生物制造技术，促进形成与环境协调的战略产业体系欧洲工业生物技术欧洲工业生物技术2025远景规划，期望于远景规划，期望于2025年取得向基于生物技术年取得向基于生物技术型社会转变的实质进展型社会转变的实质进展生物制造相关路线图生物制造相关路线图 美国：生物质发展路线图美国：生物质发展路线图 美国：美国：GTL-路线图路线图 欧洲：欧洲：21世纪可持续化学世纪可持续化学工业路线图工业路线图 加拿大：基于生物的基础原加拿大：基于生物的基础原料、燃料及工业产品科技创料、燃料及工业产品科技创新路线图新路线图 OECD预测：至预测：至2030年，将有年，将有35%的化学品和其它的化学品和其它工业产品来

28、自生物制造工业产品来自生物制造 我院高度重视，前瞻布局。我院高度重视，前瞻布局。在三期创新在三期创新10+1基地中成立了基地中成立了“先进工业生物技术创新基地先进工业生物技术创新基地”，新建，新建2个研究所，和相关个研究所，和相关20多个研究所形成了南北中心多个研究所形成了南北中心 生物资源学科优势明显；结生物资源学科优势明显；结构生物学、基因组学等生命科构生物学、基因组学等生命科学基础雄厚，用生物学思想和学基础雄厚，用生物学思想和技术解决生物制造的核心问题技术解决生物制造的核心问题生物体设计集成能力强生物体设计集成能力强 与院外单位形成了互补性强、与院外单位形成了互补性强、先导性强的合作格局

29、先导性强的合作格局研究领域布局研究领域布局 国内相关优势单位：清华大学、北京国内相关优势单位：清华大学、北京化工大学、天津大学、江南大学、南京化工大学、天津大学、江南大学、南京工业大学、华东理工大学、山东大学等工业大学、华东理工大学、山东大学等中国科学院中国科学院应用微生物研究网络应用微生物研究网络 2009年年10月启动，设置总月启动，设置总中心中心+6个研究中心，个研究中心，15个网个网络实验室，涉及络实验室，涉及生物口、资生物口、资环口和高技术口环口和高技术口15个研究所个研究所 实现了我院应用微生物相关实现了我院应用微生物相关研究力量的整合，同时启动研究力量的整合，同时启动了了“生物制

30、造生物制造”预研预研 为开展为开展“先进生物制造先进生物制造”专专项奠定了生物资源基础和队项奠定了生物资源基础和队伍基础伍基础现有设施情况现有设施情况 科学设施科学设施 国家蛋白质科学设施（上海、北京中心）国家蛋白质科学设施（上海、北京中心）基因组分析平台（基因组所，天津工业生基因组分析平台（基因组所，天津工业生物技术所物技术所，青岛能源所），青岛能源所）代谢组研究平台（大连化物所，武汉物数代谢组研究平台（大连化物所，武汉物数所）所）国家重点实验室国家重点实验室 微生物资源前期开发国家重点实验室微生物资源前期开发国家重点实验室 生化工程国家重点实验室生化工程国家重点实验室 工业酶国家工程实验室

31、工业酶国家工程实验室 院重点实验室院重点实验室合成生物学院重点实验室合成生物学院重点实验室系统微生物技术院重点实验室（筹）系统微生物技术院重点实验室（筹）生物燃料院重点实验室（筹）生物燃料院重点实验室（筹）高效能低成本多尺度离散高效能低成本多尺度离散模拟超级计算应用系统模拟超级计算应用系统基因组、蛋白质组、代谢基因组、蛋白质组、代谢组分析能力组分析能力多种微生物的高效遗传操多种微生物的高效遗传操作工具作工具承担国家科技任务和国际交流情况承担国家科技任务和国际交流情况生物催化生物催化(南京工大南京工大)生物过程生物过程(北京化工北京化工)细胞工厂细胞工厂(微生物所微生物所)极端微生物极端微生物(

32、微生物所微生物所)秸秆利用秸秆利用(过程所过程所)973计划我院主持工业生物技术领域计划我院主持工业生物技术领域3/5的项目的项目863计划工业生物技术领域计划工业生物技术领域我院承担项目和经费最多我院承担项目和经费最多开展广泛的开展广泛的国际交流国际交流 微生物所微生物所筛选、改造获得了筛选、改造获得了-氧化酶氧化酶/-氧化酶氧化酶活性比高的微活性比高的微生物生物，能将，能将C9C18的正构烷烃发酵得到相应碳数的长链二元的正构烷烃发酵得到相应碳数的长链二元酸，替代化学合成路线，酸，替代化学合成路线，2006年获得国家科技进步二等奖年获得国家科技进步二等奖 山东莱阳瀚林生物项目一期工程已投资山

33、东莱阳瀚林生物项目一期工程已投资7亿元，计划总投资亿元，计划总投资30亿元，将建成世界上产量最大的长链二元酸生产和研发基地，亿元，将建成世界上产量最大的长链二元酸生产和研发基地，年产能将达到年产能将达到6万吨，预计产值近万吨，预计产值近40亿元，利税约亿元，利税约10亿元亿元生物法长链二元酸实现产业化生物法长链二元酸实现产业化开辟了长链二元酸的开辟了长链二元酸的新来源，为尼龙工程新来源，为尼龙工程塑料、热熔胶、涂料塑料、热熔胶、涂料和香料等十几大类高和香料等十几大类高档产品的化学合成提档产品的化学合成提供了丰富的原材料供了丰富的原材料u利用基因组规模利用基因组规模DNA大片段敲除技大片段敲除技

34、术，以质粒为标记的基因组改组技术，术，以质粒为标记的基因组改组技术，构建了多拉菌素工程菌构建了多拉菌素工程菌，30吨大罐吨大罐发酵单位约发酵单位约1200 mg/L，达到了大规，达到了大规模工业生产的水平模工业生产的水平u我国抗生素工业第一株自主产权基因我国抗生素工业第一株自主产权基因工程菌工程菌 多拉菌素是新型阿维菌素族中多拉菌素是新型阿维菌素族中最好的驱虫药最好的驱虫药 该技术长期为国外企业垄断，该技术长期为国外企业垄断，我国企业无法获得生产菌株我国企业无法获得生产菌株海正药业集团近期开始生产多拉菌素，海正药业集团近期开始生产多拉菌素，预计年销售收入预计年销售收入6亿元，利税总额亿元，利税

35、总额1.8亿亿元。目前已投资元。目前已投资9亿元，新发行股票亿元，新发行股票5000万股万股基因组改造技术实现多拉菌素规模生产基因组改造技术实现多拉菌素规模生产生物产业科技创新联盟生物产业科技创新联盟 在国家发改委的支持下，在国家发改委的支持下，2008年首先成立了中国工业年首先成立了中国工业生物技术产业科技创新联盟生物技术产业科技创新联盟 2009年发展成为中国科学院年发展成为中国科学院生物产业科技创新联盟生物产业科技创新联盟 联盟企业共联盟企业共130余家，年产余家，年产值超过值超过2000亿元，共吸引意亿元，共吸引意向性的企业科技创新基金约向性的企业科技创新基金约30亿元亿元绿色生态农业

36、绿色生态农业科技创新联盟科技创新联盟中国工业生物中国工业生物技术创新联盟技术创新联盟中国药物产业中国药物产业技术创新联盟技术创新联盟经国务院批准，牵头实施经国务院批准，牵头实施“生物技术创新与生物产业生物技术创新与生物产业促进计划促进计划”四、核心队伍四、核心队伍领军人才领军人才马延和研究员马延和研究员973首席，首席，863专家专家苏志国研究员苏志国研究员国家杰出青年国家杰出青年覃重军研究员覃重军研究员国家杰出青年国家杰出青年咨询专家咨询专家咨询专家咨询专家核心核心核心核心骨干骨干骨干骨干5050人人人人杨胜利院士杨胜利院士张树政院士张树政院士赵国屏院士赵国屏院士匡廷云院士匡廷云院士陈洪章陈

37、洪章 研究员研究员973首席首席姜卫红姜卫红 研究员研究员杰青杰青马光辉马光辉 研究员研究员杰青杰青许国旺许国旺 研究员研究员杰青杰青龚为民龚为民 研究员研究员杰青杰青赵进东院士赵进东院士徐旭东徐旭东 研究员研究员杰青杰青拟聘的主要研究方向带头人情况拟聘的主要研究方向带头人情况 集中了我院生物制造相关研究方向的核心科学家，涉及集中了我院生物制造相关研究方向的核心科学家，涉及20余个研究所和技术中心，学术带头人中共有余个研究所和技术中心，学术带头人中共有国家杰出青国家杰出青年基金年基金20人，百人计划人，百人计划50人人 精细化学品精细化学品：国家杰出青年：国家杰出青年6人，百人计划人，百人计划

38、11人人 生物燃料生物燃料：国家杰出青年：国家杰出青年6人，百人计划人，百人计划17人人 大宗生物基产品大宗生物基产品：国家杰出青年：国家杰出青年2人，百人计划人，百人计划7人人 生物固碳生物固碳：国家杰出青年：国家杰出青年6人，百人计划人，百人计划15人人 学科方向涉及微生物学、基因组学、分子生物学、分子学科方向涉及微生物学、基因组学、分子生物学、分子遗传学、生物化学、分析化学、有机化学、植物化学、化遗传学、生物化学、分析化学、有机化学、植物化学、化学生物学、计算生物学、材料学、纳米科学、发酵工程、学生物学、计算生物学、材料学、纳米科学、发酵工程、代谢工程、生物化工、化学工程等代谢工程、生物

39、化工、化学工程等创新团队建设计划创新团队建设计划 拟组建拟组建15个团队个团队(系统生物技术、系统生物技术、合成生物学技术、合成生物学技术、代谢工程、酶工程、代谢工程、酶工程、发酵工程发酵工程、过程工、过程工程程等等)具有多学科交叉具有多学科交叉背景，背景，35岁以下约岁以下约30%，35-45岁约岁约60%，45岁以上约岁以上约10%积极创造条件，积极创造条件，加速培养具有多学加速培养具有多学科交叉背景的优秀科交叉背景的优秀青年人才。青年人才。加速队伍结构调加速队伍结构调整，培养复合型领整，培养复合型领军人才和优秀技术军人才和优秀技术支撑人才，支撑人才，提高团提高团队的队的国际影响力国际影响

40、力 着力引进具有国着力引进具有国际视野的领军人才际视野的领军人才 引进引进30-40名名“百百人计划人计划”引进引进3-5名名“千人千人计划计划”人才人才团队组建计划团队组建计划人才培养计划人才培养计划人才引进计划人才引进计划五、组织管理方案五、组织管理方案专家系统组织方案专家系统组织方案管理系统组织方案管理系统组织方案基础条件平台建设方案基础条件平台建设方案工业微生物菌种保藏库、功能性基因资源库、代谢网络数据库 高通量筛选技术平台组学技术平台生物信息学分析平台发酵工艺与过程平台 5-10个技术研发基地个技术研发基地 生物医药中间体生物医药中间体工业蛋白质工业蛋白质 疫苗、抗生素疫苗、抗生素

41、生物农药生物农药生物材料生物材料 依托中国科学院生物依托中国科学院生物产业科技创新联盟产业科技创新联盟拟建设拟建设生物转化过程生物转化过程仿真科学设施仿真科学设施在线快速取样、高通在线快速取样、高通量分析设备和发酵系量分析设备和发酵系统的耦联、组学分析统的耦联、组学分析数据的整合和仿真模数据的整合和仿真模型训练装备体系型训练装备体系依托依托“应用微生应用微生物研究网络物研究网络”总总中心和工业微生中心和工业微生物中心，已经启物中心，已经启动建设动建设经费需求与集成方案经费需求与集成方案十二五期间总经费的集十二五期间总经费的集成方案和配置方案成方案和配置方案企业匹配不低于企业匹配不低于1:1建议

42、国拨总经费建议国拨总经费20亿元亿元我院投入我院投入2亿元先期启动亿元先期启动 企业匹配不低于企业匹配不低于1:1企业匹配不低于企业匹配不低于1:23000万元万元3000万元万元3000万元万元3000万元万元3000万元万元5000万元万元中试平台和技中试平台和技术研发基地术研发基地10%平台和创新平台和创新能力建设能力建设20%人才引进和人才引进和创新团队创新团队10%项目事业部项目事业部60%Refineries to Biorefineries从生物制造到生物经济从生物制造到生物经济石油经济石油经济生物经济生物经济生物制造生物制造可以预见，生物技术将满足许多需要可以预见，生物技术将满

43、足许多需要可以预见，生物技术将满足许多需要可以预见，生物技术将满足许多需要 可以预见，生物技术将帮助我们创造可持续的工业活动可以预见，生物技术将帮助我们创造可持续的工业活动可以预见，生物技术将帮助我们创造可持续的工业活动可以预见，生物技术将帮助我们创造可持续的工业活动谢谢 谢！谢！资料来自资料来自EuropaBio主席主席Sijbesma F报告报告生物制造已显示出巨大潜力生物制造已显示出巨大潜力v 原料降低原料降低65v 能耗降低能耗降低65v 成本降低成本降低50传统方法传统方法10步化学合成步化学合成生物法生物法1步发酵步发酵+酶法酶法头孢菌素头孢菌素头孢菌素头孢菌素v 原料降低原料降低

44、37%v 能耗降低能耗降低30%v CO2减排减排63%1,3-1,3-丙二醇丙二醇丙二醇丙二醇传统方法传统方法化学法化学法生物法生物法工程菌发酵工程菌发酵 OECD对对6个发达国家进行分析的结果表明：生物制造技术的个发达国家进行分析的结果表明：生物制造技术的应用可以降低工业能耗应用可以降低工业能耗15-80%，原料消耗，原料消耗35-75%，空气污染，空气污染50-90%，水污染，水污染33-80%，生产成本降低，生产成本降低9-90%精细化学品精细化学品大宗化学品大宗化学品糖平台糖平台 葡萄糖葡萄糖 果糖果糖 木糖木糖 阿拉伯糖阿拉伯糖高分子材料高分子材料平台化合物平台化合物基础原料基础原

45、料成份分离成份分离SGC2C3C5C6C4淀粉淀粉半纤维素半纤维素纤维素纤维素蛋白质蛋白质碳水化合物碳水化合物热化学平台热化学平台合成气合成气生物炼制生物炼制生 物 质H2、甲烷、甲烷混合醇混合醇衣康酸衣康酸乙酰丙酸乙酰丙酸富马酸富马酸丁二酸丁二酸天冬氨酸天冬氨酸苹果酸苹果酸柠檬酸柠檬酸葡萄糖酸葡萄糖酸山梨醇山梨醇乳酸、甘油乳酸、甘油丙烯酸丙烯酸3-羟基丙酸羟基丙酸乙醇、乙烯乙醇、乙烯微生物微生物微生物微生物 现现代代化化学学工工业业体体系系木质素木质素油脂油脂裂解裂解生物生物燃料燃料C1-C6平台平台化合物化合物高分子高分子聚合物聚合物芳香族芳香族化合物化合物生物炼制细胞工厂生物炼制细胞工厂

46、C2 酸酸C2 醇醇C2 CoAC3 酮酸酮酸C2 醛醛C2 P转移转移ADPATP还原还原NADHNAD+氧化氧化Pi+O2CO2还原还原NADHNAD+C1 酸酸氧化氧化CO2NADHNAD+转移转移C3 酮酸酮酸PC3酸酸P转移转移裂解裂解H2OC3 醛醛P异构异构NAD+NADH ADPATP转移转移氧化氧化ADPATPC3 羟酮羟酮P异构异构C3 二醇二醇裂解裂解NADH NAD+还原还原ADPATP转移转移NADH NAD+还原还原H2O生物质生物质粗原料粗原料C6 糖糖P裂解裂解转移转移ADPATPC5 糖糖PC7 糖糖PC4 糖糖P转移转移ADPATP转移转移转移转移还原还原N

47、ADPHNADP+苯苯 C3 酮酸酮酸裂解裂解异构异构C3 羟酸羟酸还原还原裂解裂解C3 烯酰烯酰CoANADHNAD+裂解裂解C3 烯酸烯酸氧化氧化CO2H2合成合成C4 CoAC3 酮酮C3 醇醇裂解裂解还原还原还原还原NADHNAD+C4 醇醇聚酮聚酮合成合成转移转移聚羟基聚羟基烷酸烷酸C4 酸酸C6 酸酸C5 酮酸酮酸C4 CoA合成合成CO2转移转移氧化氧化NAD+NADHCO2氧化氧化CO2合成合成六碳糖六碳糖(葡萄葡萄糖糖甘露糖甘露糖)五碳糖五碳糖(木糖、木糖、阿拉伯糖阿拉伯糖)转移转移分解分解酶系酶系水解水解水解水解将生物质原料各类组分，将生物质原料各类组分，高效、定向高效、定

48、向合成燃料、材料与各类化学品合成燃料、材料与各类化学品减减压压精精馏馏氧氧化化氧氧化化丙烯酸丙烯酸 建筑、纺织、包装建筑、纺织、包装 目前国内需求目前国内需求55万万吨，吨，产值产值88亿亿生生物物质质生物炼制生物炼制细胞工厂细胞工厂生物炼制细胞工厂的生产模式生物炼制细胞工厂的生产模式实现实现One-Pot反应，缩短石油化学品生产的工艺流程，减反应，缩短石油化学品生产的工艺流程，减少原油资源消耗，降低投资成本，减少污染与少原油资源消耗，降低投资成本，减少污染与CO2排放。排放。分分离离裂裂化化分分离离分分离离分分离离 选择性选择性 高效性高效性 含氧原料含氧原料 手性特征手性特征3-羟基丙酸羟

49、基丙酸石石油油模式细胞工厂构建模式细胞工厂构建生物质原料生物质原料(碳水化合物碳水化合物)：含：含5C糖、糖、6C糖糖 阻断竞争途径阻断竞争途径优化单产品途径优化单产品途径导入新的合成途径导入新的合成途径实现碳链的延伸实现碳链的延伸乳酸乳酸丙烯酸丙烯酸 乳酸乳酸合成途径互补、易于分离合成途径互补、易于分离的的多产品途径重组多产品途径重组NADH NAD+1,3-丙二醇丙二醇乳酸乳酸OECD预测：至预测：至2030年，将有年，将有35%的的化学品和其它工业产品来自生物制造化学品和其它工业产品来自生物制造工业工业39%农业农业36%医药医药25%2030年：生物技术的经济贡献与环境效益年：生物技术的经济贡献与环境效益任重道远任重道远而目前生物技术领域中，不到而目前生物技术领域中，不到10%的的R&D用于工业生物技术用于工业生物技术代谢途径基因电路启动子、核糖体结合位点、蛋白编码序列、终止子、质粒骨架。组装组装人工细胞生物制造Chassis合成生物学以工程学理论为依据l设计和合成新的生物元件l设计改造已经存在的生物系统能源化工材料药物1 可再生碳资源生物转化利用的效率与途径可再生碳资源生物转化利用的效率与途径2 有机化学品生物催化有机化学品生物催化合成的能力与范围合成的能力与范围3 复杂生物系统的工程复杂生物系统的工程效率效率关键核心科技问题关键核心科技问题