9月4日,山东大学微生物技术研究院李盛英教授收到了好消息:刚刚出版的《自然》杂志刊发了他与国内外科学家的新成果。他们联合青岛华大基因研究院建立了全球最大的海洋微生物组数据库,并从中发掘出了基因编辑工具、抗菌肽、PET塑料降解酶等重要基因资源。
文章的共同通讯作者李盛英直言:“这项成果为微生物研究打开了一个新世界。”
微生物,是人类肉眼难以看清、绝大多数都需借助显微镜才能观察到的微小生物,其不显山露水,却可在食品、农业、医药领域大展身手。
微生物技术研究院党委书记林建群介绍,古人利用微生物创制了风味独特的发酵食物;今人将微生物拓展应用到了医药、食品和饮料等领域。微生物寄居在人体肠道内,与免疫系统“交流”,时刻维持着人体健康平衡。科学家们利用微生物技术可以将秸秆、废塑料、虾蟹壳变成精细化学品、生物燃料和可降解生物材料……他用一句话总结微生物——“古老,却很前沿;微小,也很强大”。
开发盐碱地的神奇技术
张友明时不时到黄河三角洲盐碱地里转一转。作为微生物技术研究院院长,他的牵挂是如何高效开发盐碱地。对于这个问题,一般从生化工程和农艺工程两个方面作答。生化工程是利用特殊微生物对盐碱地进行土壤修复和改良;农艺工程则是聚植品种优良、高产、抗病害、耐盐碱作物或者植物,并联合采用滴灌、施肥等配套措施。
很多科研力量针对第二种方法进行攻关。然而,张友明团队利用Red/ET基因编辑技术(即一项新兴的DNA工程技术)研发的广谱性生物固氮菌剂,针对的是最困难、最治本的生化工程攻关。
张友明团队成员符军教授向记者展示了一项神奇的技术:他们利用基因编辑改造耐盐碱微生物,研发出世界上第一款用于盐碱地修复的广谱性生物固氮产品。
“该技术相当于我们在盐碱地里安插了无数‘卧底医生’,在作物根际原位、靶向进行氮肥的绿色生物制造,将空气中的氮元素转化为植物可利用的形式,从而达到改善盐碱地土壤性质的目的。”符军表示,使用这项技术改良盐碱地,棉花平均亩产达到323.8公斤,增产17.8%,大豆平均每亩增收超300元。
打造秸秆的“点金术”
转眼间,曲音波已在生物质能源研究领域耕耘了45年。作为微生物技术研究院教授,他开创了中国秸秆生物精炼产业,并将两项国家科技进步奖二等奖、一项技术发明奖二等奖收入囊中。
一根不起眼的玉米秆和玉米芯可以变做什么?曲音波的答案是可变成糖、油脂、乙醇、蛋白质。这并不是异想天开,而是实实在在地在山东德州变成了现实。
理想走进现实并不容易。曲音波表示,他们在纤维素降解微生物学、纤维素酶学及降解机理、生物质转化等领域深耕了60余年,并经过三代科学家接力,最终在国际上首创玉米芯生物炼制技术,并将成果落地在山东禹城,率先在国际上建成了以玉米芯为原料年产3000吨纤维素乙醇的中试生产装置和万吨级的生产示范装置。
与此同时,他们在国内率先实现了用微生物酶法规模化生产低聚半乳糖,赤藓糖醇、木糖醇、低聚异麦芽糖等一大批产品均实现了万吨级产业化,带动数千家从事糖及多糖生产的企业。
科研“天马行空”,应用“脚踏实地”
山东大学微生物学科起步于1950年,王祖农教授留法回国,肇学科之始;此后,这里相继建立国内第一个微生物专业,第一批微生物学专业博士生、高校第一个微生物学系、全国第一批微生物方向国家重点实验室……
当下,一个年轻的交叉学科“合成生物学”,正颠覆人类对生命科学的认知。
“简单理解,合成生物就是将零散的生物元件组合成一个完整的系统,使其具有生命的形态和功能。”微生物技术研究院副院长祁庆生教授正在做的事情就是研发合成生物学的方法和工具。
在他看来,这门“造物”学科听上去有些天马行空,实际应用却脚踏实地。比如,他与全球最大的透明质酸研发生产和销售企业——华熙生物科技股份有限公司共同成立了“合成生物学联合创新中心”,通过基因编辑和重组进行菌种构建,打造玻璃酸钠的第三代生产技术。
以此为代表,他们已经与万华化学、盛虹集团、茅台集团等头部企业形成了战略合作关系,低碳“造物”,推动科技成果转化,为新质生产力打造“新引擎”。
汇聚了包括德国工程院院士、欧洲科学院院士、国家杰出青年科学基金获得者等在内的一大批研究学者,山东大学微生物技术研究院已经做出了系列成果。林建群告诉记者,近五年来,他们拿下了国家科技进步奖二等奖,在CNS顶级期刊发表了四篇文章,与企业的合作经费超过1.2亿元。