قد تشعر أنك غير مألوف عندما يتعلق الأمر بـ PHA.
ولكن إذا أخبرتك أن PHA قد بدأت في استخدامها في العديد من المجالات مثل أدوات المائدة ، وتغليف المواد الغذائية ، والطباعة ثلاثية الأبعاد ، وألياف النسيج ، والأجهزة الطبية ، وما إلى ذلك ، ستشعر أنها ليست بعيدة عن حياتنا.
"PHA هي عائلة من مواد polyhydroxyalkanoate ، وهي مادة جديدة نمت من الخلايا. إنها قابلة للتحلل تمامًا في الطبيعة وغير سامة وغير ضارة." قام تشن قوزانغ ، أستاذ كلية علوم الحياة بجامعة تسينغهوا ومدير مركز البيولوجيا الاصطناعية والأنظمة ، بهذه الطريقة عندما تمت مقابلته من قبل مراسل من العلوم والتكنولوجيا اليومية.
في وقت مبكر منذ 30 عامًا ، قرر Chen Guoqiang أن PHA كان اتجاه المواد الخضراء المستقبلية وشرعت في البحث وتطوير PHA التصنيع الحيوي دون تردد. "هذه عملية للتجربة والخطأ المستمرون. لقد ضربنا الجدار مرارًا وتكرارًا ، واخترقنا مرارًا وتكرارًا." قال.
حل ألم "التلوث البكتيري"
من أجل تقليل استخدام المواد البلاستيكية القائمة على البترول وتجنب التسبب في المزيد من التلوث الأبيض ، كان الباحثون يبحثون عن مواد بديلة قابلة للتحلل. التصنيع الحيوي هو أحد مسارات الإنتاج المعترف بها للمواد البديلة.
"التصنيع الحيوي ، كما يوحي الاسم ، هو إعادة تصميم الكائنات الحية وتحويلها للحصول على خلايا الهيكل بأداء ممتاز ، ثم استخدام هذه الخلايا كمصانع لإنتاج مواد مختلفة يحتاجها البشر." وقال تشن قوزانغ للصحفيين.
من بين العديد من المواد الحيوية ، تتمتع PHA بمزايا التوافق الحيوي ، والمرونة الحرارية ، والتحلل. استنادًا إلى استكشاف وممارسة السنوات القليلة السابقة ، في عام 1994 ، جاء تشن قوزانغ ، الذي أكمل أبحاث ما بعد الدكتوراه في الخارج ، إلى جامعة تسينغهوا لتشكيل فريق والتركيز على دراسة كيفية تحقيق الإنتاج الضخم من PHA.
"في المختبر ، ليس من السهل فضح العديد من المشكلات. في المصنع ، بمجرد توسيع المقياس ، ستأتي جميع المشكلات". وجد Chen Guoqiang أن المشكلة الأولى هي "التلوث" - في عملية تنمية الخلايا الميكروبية ، ستنمو الفطريات والكائنات الحية الدقيقة الأخرى معهم.
بمجرد أن تكون الخلايا الميكروبية "ملوثة" ، يجب أن تبدأ عملية التخمير بأكملها من جديد ، مع خسائر كبيرة. من أجل منع الخلايا من الإصابة ، يجب إجراء عملية معقمة صارمة ، والتي تطلب من المعدات والموظفين ، ولها استهلاك كبير للطاقة.
"لقد جربنا أنواعًا كثيرة من الكائنات الحية الدقيقة ، لكننا لم نتمكن من حل هذه المشكلة." استذكر تشن غوقيانغ أنه عن طريق الصدفة ، فكر في الكائنات الحية الدقيقة الشديدة.
تنمو الكائنات الحية الدقيقة الشديدة عمومًا في البيئات القاسية حيث تجد الكائنات الحية الدقيقة العادية صعوبة في البقاء على قيد الحياة ، ولا تصاب بسهولة بالكائنات الحية الدقيقة الأخرى. مع ذلك ، يمكن أن تكون عملية إنتاج PHA مفتوحة نسبيًا ، دون الحاجة إلى عمليات التعقيم المعقدة والمرهقة.
لذا حول تشن قوزانغ انتباهه إلى الكائنات الحية الدقيقة الهالوفيلية التي يصعب "تلويثها".
لسوء الحظ ، بحث أعضاء الفريق في العديد من الأماكن ، ولكن جميعهم عادوا دون جدوى. لم يكن حتى عام 2006 أن عزلوا سلالة مع كل من تحمل الملح وخصائص النمو السريع من عينة التربة التي تم استرجاعها من بحيرة ملح مع انخفاض خطوط العرض ، وفرق درجة حرارة كبيرة بين النهار والليل ، والملوحة أعلى من مياه البحر. هذه هي البكتيريا الهالوفيلية.
بناء أساس "الهيكل"
مع السلالة الصحيحة ، أصبح بناء خلايا الهيكل هو المفتاح لتحقيق التصنيع الحيوي.
"يمكن لخلايا الهيكل تحويل الكتلة الحيوية المتجددة مثل الجلوكوز والنشا والزيوت النباتية إلى PHA أثناء عملية التخمير." قال تشن قوزانغ ، "إنهم مثل الآلات في مصنع ، والتي يمكن أن تنتج باستمرار مواد البوليمر التي نحتاجها."
للحصول على خلايا الهيكل ، يجب تفكيك جينات البكتيريا الهالوفيلية وتجميعها. تتبعها المشكلات الجديدة - هالوفيلز مميزة للغاية وتفتقر إلى أدوات التلاعب الجزيئية الجاهزة.
"Scalpels الجزيئية" و "إبر خيوط الجزيئية" و "الناقلات الجزيئية" كلها أدوات ضرورية. " أوضح تشن قوزانغ ، "إنهم مسؤولون عن قطع الجينات الميكروبية وإعادة تجميعها ونقلها على التوالي."
بدون أدوات ، تشبه Halophiles "صندوق أسود" يمكن رؤيته ولكن لا يستخدم.
عادةً ما تستخدم ناقلات البلازميد "الناقلات الجزيئية" المسؤولة عن إدخال الجينات المعاد تجميعها في خلايا المتلقي. "هذه الأداة وحدها استهلكت الكثير من طاقتنا." أخبر تشن غوقيانغ المراسلين أن الفريق قد جرب مئات البلازميدات الموجودة ، لكن لم ينجح أي منهم.
ما يجب القيام به؟ فقط قم بتوسيع النطاق وإيجاد بلازميدات جديدة. بعد الجهود التي لا تفسد ، قام الجميع بفحص أكثر من 200 بلازميدات مع الإمكانات ، واختبرها واحدة تلو الأخرى ، وأخيراً تم استخدامها في نقطة تحول - 3 منها يمكن استخدامها!
مع البلازميدات ، تم فتح "الصندوق الأسود" للتعديل الوراثي الميكروبي.
على هذا الأساس ، قام الفريق بتطوير سلسلة من الأدوات لتحرير الجينات ، وتنظيم التمثيل الغذائي ، وتحسين الشبكة ، والتي يمكن أن تعدل وتنظيم أداء خلايا الهيكل من مستويات مختلفة.
استغرق الأمر فريق البحث والتطوير عشر سنوات كاملة لتطوير أدوات التلاعب الجزيئي. "هذه العملية مؤلمة للغاية." اعترف تشن قوزانغ أن سر النجاح هو الإيمان والمثابرة.
أخيرًا ، تم بناء خلايا الهيكل من قبل الفريق.
"الخطوة التالية هي التحقق من الإنتاج. لقد أمضينا سبع أو ثماني سنوات أخرى للتغلب على صعوبات تحسين عملية التخمير ، وتحول التشكل البكتيري ، وفصل المواد واستخلاصها ، وعبرت التضخيم الصناعي" وادي الموت ". باحث مشارك في كلية علوم الحياة في جامعة تسينغهوا.
يخطو على طريق "التحول"
خلال التضخيم الصناعي ، في عام 2018 ، اقترح تشن غوقيانغ لأول مرة "التكنولوجيا الحيوية الصناعية من الجيل التالي" على المستوى الدولي ، وتم التحقق من ذلك في "التجارب الصغيرة" ، "التجارب التجريبية" والإنتاج على نطاق واسع.
ولكن هذا لا يعني أن هذه التكنولوجيا يمكن الاعتراف بها من قبل الشركات. يواجه الفريق تحويل مستوى جديد للنتائج.
"الجيل التالي من التكنولوجيا الحيوية الصناعية" يستخدم نظام التخمير المستمر الذي لا يتطلب تعقيم الإنتاج. وله مزايا المفتوحة ، عالية الكفاءة ، واستهلاك الطاقة المنخفضة والحفاظ على المياه. إنها نسخة 2.0 ترقية من تكنولوجيا التصنيع الحيوي التقليدية. " وقال وو فوكينغ إن هذه الخصائص التخريبية جعلت شركات التخمير التقليدية قلقة.
"لقد تم ختمها دائمًا وتعقيمها في درجة حرارة عالية. قلت أنك لا تحتاج إليها ، لذلك لا تحتاجها؟" حتى أن بعض الشركات تعتقد أن فريق البحث والتطوير "يخدع".
بعد العديد من التحولات والمنعطفات ، وجد الفريق أخيرًا شركة تخمير كبيرة على استعداد للمحاولة. من أجل تبديد مخاوف الطرف الآخر ، تم إجراء اختبار التخمير في الموقع.
200 خزان تخمير مكعب ، الاختبار الأول ، النجاح!
يشتبه مهندس الطرف الآخر: هل هناك عامل "الحظ"؟ ثم حاول مرة أخرى ، سيظل ينجح! تم الوصول إلى التعاون بنجاح.
في عام 2021 ، تم إنشاء مؤسسة تحويل الإنجاز Beijing Weiguochang Biotechnology ، Ltd. (المشار إليها فيما يلي باسم "Weiguochang") ، ودخل التصنيع في الممر السريع.
"بعد إنشاء الشركة ، تحت إشراف السوق ، تم تسريع تقدم البحوث العلمية المختبرية." وقال أوايانغ بينجفي ، نائب رئيس Weiguochang ، "في الماضي ، كان للسلالات ثلاثة أجيال في 9 سنوات ؛ في السنوات الأخيرة ، تم تكرارها ثلاثة أجيال في عام واحد ؛ من المتوقع أن يتم تكرارها من 4 إلى 5 الأجيال. "
أعطى التكرار السلالات أداء أفضل ووضع أساسًا أكثر صلابة للتصنيع.
تم بناء خط عرض ذكي للإنتاج مع ناتج سنوي قدره 1000 طن في Shunyi ، بكين ، وقد تم إنشاء قاعدة إنتاج مع ناتج سنوي قدره 30،000 طن في Yichang ، Hubei ... "لقد انضممنا أيضًا إلى Chuan Ning التكنولوجيا الحيوية للترويج لتطبيق صناعة PHA الطبية وبناء "مصنع منارة" في Hefei ، Anhui لاستكشاف سيناريوهات التطبيق المختلفة. " قدم Ouyang Pengfei.
في عام 2023 ، استنادًا إلى تطوير واستخدام البكتيريا الهالوفيليك ومساهمة "التكنولوجيا الحيوية الصناعية من الجيل التالي" في هذه الصناعة ، منحت الجمعية الدولية للهندسة الأيضية تشن قوزانغ "جائزة الهندسة الأيضية الدولية". اليوم ، تم استخدام التقنيات ذات الصلة على نطاق واسع في الإنتاج المفتوح للتصنيع الحيوي.
في المؤتمر الوطني للعلوم والتكنولوجيا التي عقدت مؤخرًا ، أكد الأمين العام شي جين بينغ ، المؤتمر الوطني للعلوم والتكنولوجيا ، ومؤتمر الأكاديميين في الأكاديميين ، على أنه يجب علينا أن نهدف إلى ارتفاعات العلوم والتكنولوجيا والتنمية الصناعية المستقبلية ، تسريع الابتكار العلمي والتكنولوجي في مجالات تكنولوجيا المعلومات بالجيل الجديد ، والذكاء الاصطناعي ، والتكنولوجيا الكمومية ، والتكنولوجيا الحيوية ، والطاقة الجديدة ، والمواد الجديدة ، وتنمية وتطوير الصناعات الناشئة والصناعات المستقبلية.
بالنظر إلى المستقبل ، فإن Chen Guoqiang مليء بالثقة: "سنعزز بقوة التكامل العميق للابتكار العلمي والتكنولوجي والابتكار الصناعي ، والاستمرار في تحسين مستوى تصنيع PHA ، والمساهمة في تحقيق بلدي لـ" الكربون المزدوج " الهدف والتطوير الأخضر! "
