两根吸管被一起放到海水里，固定相机记录了它们在海水中的变化。经过9周的时间，右边的吸管竟然整体消失了，而左边的吸管看上去变化不大。视频左边的是普通的可降解塑料，而右边能更快降解的神奇材料，叫PHA。

现在，这种神奇材料已经在餐具、包装袋、纺织品等很多领域开始出现了，它可以成为普通塑料的替代品。这些东西看上去和普通塑料制品并没什么两样，但实际上，神奇材料PHA和普通塑料最大的不同就是，它是由微生物发酵生产出来的，可以完全地自然降解。

而普通的化工塑料，就像我们平时用的有塑料薄膜内衬的一次性杯子，还有塑料吸管餐盒等等，可能需要30年到200年不等，才能完全分解。这些石油产物的塑料造成的白色污染，对人类的生存环境带来巨大的危机。科学家一直在寻找可以完全自然降解的塑料替代品。那么利用生物制造方法生产出来的PHA，就被认为是最有希望替代传统塑料的、安全的生物材料。

从微生物细胞里

“长”出来的新材料

吸管、一次性餐具、咖啡杯还有孩子们爱玩儿的积木、各类3D打印材料，小包包、纺织品等如此丰富的产品都是由PHA制成的。PHA专业的名字叫聚羟基脂肪酸酯，它们是从微生物的细胞里“长”出来的新材料。听起来很复杂，但它的本质很简单，就是微生物体内的脂肪。

但这些微生物体内的脂肪，和我们身上的赘肉可不一样，科学家发现PHA具有和PP、PE等合成塑料非常相似的物理特性，但在光学活性、热塑性等方面还要更强，是传统塑料的高级“平替”。科学家们利用合成生物学技术，将自然界中的一些特殊的微生物进行基因改造和重组，并控制它们的代谢通路，让它们具备生产PHA的能力。

PHA是理想医学材料

可生产人造血管

由于它本身就是微生物体内的产物，因此生物相容性极强，也是一种理想的医学材料。科学家已经在使用这些材料设计生产出人造血管，还有一些人造关节等，这些材料使用在人体内，其生物相容性不会带来有害的风险。

我们知道传统塑料要从石油中提炼，不仅白色污染严重，石油还是不可再生的，禁不住无限使用。而PHA能从微生物体内长出来，微生物在地球上存在了几十亿年，是取之不尽、用之不竭的自然资源。

从微生物到“打工菌”

探秘PHA细胞工厂

清华大学科研团队从新疆艾丁湖中提取的微生物，叫作“嗜盐菌”。科研团队选择它作为基础，通过二十多年的基因改造和迭代，过去湖水中的“嗜盐菌”，现在已经成为用于生产PHA的“打工菌”。只要给它投喂葡萄糖或者醋酸，就可以生产出各种各样、性能不同的PHA材料。从一个个微生物细胞，怎样变身成为新型塑料PHA的呢？

微构工场研发工程师杨继帅：这是它内部的一个发酵罐，通过这个去控制它的一些参数，比如控制温度、溶氧、pH，让它（嗜盐菌）达到一个更好的生长状态，它会把一些原料转化成PHA，就是细胞工厂的概念。

这个工厂覆盖了PHA材料从小试、中试到大规模生产的整个环节。经过一步步海选，最终优选出来的合成方案将会在这样一个常温常压的大罐子里进行发酵，走入量产。目前年产千吨的智能生产示范线在北京顺义建成，年产3万吨的生产基地也在湖北设立，未来有望在不断地突破下，真正实现绿色环保生物材料的产业化。

降成本

微生物“吃”二氧化碳生产PHA

科研团队还介绍，目前市场上卖的PHA产品比传统塑料产品要贵。目前，他们正在研究用更便宜的原材料来生产PHA，比如，利用空气中的二氧化碳作为原料，就是他们最新的研究成果。

在清华大学的实验室内，科研人员为我们展示了用二氧化碳作为原料，生产PHA的过程。这个大罐子里储存的就是二氧化碳气体。而之所以能够拿二氧化碳做原料，也得益于团队开发的超级菌株的超级特性。菌株能够在高盐和高碱环境中，利用二氧化碳转化为自身物质。团队在这个能力上不断研发，最终让这种能力转化为生产PHA材料。

清华大学生命科学学院教授陈国强：将来用二氧化碳制造PHA，就得跟大型的工厂合作，比如电厂、钢厂、水泥厂或者垃圾焚烧厂，它们才有大量的二氧化碳。PHA制造过程中原料成本占了百分之五六十，所以如果原料这一块不用钱的话，这材料的成本马上就下来了，它有一天可以跟我们传统材料有个竞争的。

想不到的变废为宝

“万物皆可生物合成”

不仅仅是用微生物合成新型塑料PHA，专家预测，未来大概70%的产业产品都可能由生物制造替代，可以说，“万物皆可生物合成”。合成生物作为一项高科技产业，正在快速发展，也成为未来产业之一。为了能够降低生产成本，科研人员研究出了各种利用生物制造“变废为宝”的路径，比如，让工业废气变成动物饲料蛋白，让废弃秸秆变成生物航空燃料，还有更多你想象不到的“变废为宝”。

微生物“吃”工业废气 变身酵母蛋白

在工厂的生产过程当中会产生大量的废气，包含了很多的一氧化碳和二氧化碳，而微生物则会把这些废气作为原料吃进去，生产出有用的酵母蛋白。这些酵母蛋白可以被添加做动物饲料中的蛋白，被广泛地使用。

微生物“吃”甲醇 用于纺织和轮胎制造

新能源发电过程当中产生的一些多余的电能，通过固碳储能的方式转化成为甲醇，而有一些改造后的微生物正是以甲醇作为重要的食材，生产出很多的新材料用于纺织、轮胎制造等诸多领域。

微生物“吃”废弃秸秆 生产生物航空燃料

粮食生产过程中产生的大量废弃秸秆也可以成为改造后的微生物的重要食材，生产成木质素，而木质素具有广泛的应用场景，可以做成生物塑料、涂料和黏合剂，在能源领域还可以作为生物燃料的原材料，加工成为生物航空燃料。

合成生物制造 带来更多绿色低碳产品

作为一个战略性新兴产业发展方向，各地近年来也在加紧合成生物产业的布局。北京、上海、深圳等地都在围绕合成生物领域布局创新中心、研发平台，打造合成生物产业链，在资源整合和政策的支持下，我国合成生物制造可以快速迭代发展，会给我们的生产、生活带来更多绿色、低碳、高效的可能。

编辑/朱葳