成都生物所李東團隊在己酸生物制造領域取得重要突破：成功實現從機制解析到10噸級工業化應用的完整跨越
來源：生物資源利用中心
時間：2025-10-20
在“雙碳”戰略背景下，將海量有機廢棄物轉化為己酸等高值化學品，是實現資源化利用的關鍵路徑。利用混合微生物菌群在開放、非滅菌條件下進行定向生物合成，因其低成本和原料普適性而備受矚目。然而，該技術路線長期面臨嚴峻的工程化瓶頸：微生物群落內部競爭激烈，易導致副產物增多、體系不穩定；同時，從實驗室到工業規模的放大缺乏成功的產業化范例。
針對上述挑戰，中國科學院成都生物研究所李東團隊開展了長達六年的系統性研究與技術攻關，取得了從“機制解析”到“工程化應用”，再到“拓展工藝邊界”的系列重要進展，成功實現了從基礎研究到工業生產的完整跨越。
第一步：核心機制突破，變“黑箱”為“白箱”
團隊首先在基礎科學層面取得突破，通過精準調控，成功構建了一個以瘤胃球菌屬（Ruminococcus）為核心的功能菌群。該菌群能高效、定向地將酸性復雜底物轉化為己酸。通過深入闡明該體系的微生物群落演替規律與核心代謝網絡，團隊將被視為“黑箱”的混菌發酵過程，轉變為一個可預測、可調控的“白箱”系統，從根本上解決了菌群競爭和副產物眾多的難題，為工程化放大奠定了堅實的理論基礎。
第二步：工程化應用，實現從0到1的產業跨越
基于清晰的科學機制，團隊穩步推進工藝放大。在實驗室層面，創造了己酸合成濃度高達33.7 g/L的已報道最高水平；隨后，在全球范圍內首次報道了該免滅菌發酵技術在500升中試規模的成功應用；并在此基礎上，在國內首次成功放大至10噸級工業規模且實現穩定運行。這一標志性的工程化實踐，不僅打通了從基礎研究到工業應用的“最后一公里”，也為解決開放式定向生物合成穩定性差、產物選擇性低等全球性難題提供了關鍵技術方案。
第三步：拓展工藝邊界，解鎖中性環境合成潛力
在推動產業化的同時，團隊為提升工藝普適性繼續深耕。研究發現，當培養環境從酸性切換至中性時，群落中的厭氧球菌屬（Anaerococcus）能“接棒”成為核心功能菌，高效合成己酸。這一發現不僅揭示了功能菌群優異的環境可塑性，更首次證實了厭氧球菌屬的鏈延長潛力，為豐富相關微生物資源庫做出新貢獻。該成果極大地擴展了己酸生物合成的發酵pH邊界（從酸性到中性），為未來處理更多樣化的有機廢棄物奠定了基礎，顯著增強了技術的通用性。
顯著經濟社會價值：從“環境負債”到“綠色資產”
目前，該技術已在南北兩家知名白酒企業推廣落地，建成并穩定運行國內兩條己酸生物制造工業生產線。團隊同步開發的高效產物提取與精制工藝，打通了從原料到高附加值產品的全鏈條。該技術的應用展現出巨大的經濟潛力：據估算，可將每噸處理成本約30元的廢水，轉化為價值超過3000元的產品，實現從“環境負債”到“綠色資產”的質變。該全鏈條技術體系為我國處理有機廢棄物、發展綠色生物基化學品產業提供了重要的理論基礎和技術儲備。
成果發表與團隊貢獻
該系列研究成果已在多個國際權威期刊發表，并布局核心專利。朱曉宇副研究員為所有論文的唯一通訊作者。核心機制與工業化應用系列成果： Applied and Environmental Microbiology (2021), 碩士畢業生奉鑫為第一作者。Waste Management (2021), 碩士畢業生任冰為第一作者。Bioresource Technology (一區TOP, 2022), 碩士畢業生黃歡歡為第一作者。拓展工藝邊界研究成果： Chemical Engineering Journal (一區TOP, 近期發表原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725104506), 碩士生羅月岑和梁妍為共同第一作者。此外，團隊已布局的兩項核心專利均已獲得授權。該系列研究工作先后得到了國家自然科學基金面上項目、四川省科技支撐計劃、中國科學院“西部之光”A類計劃、青年創新促進會以及企業橫向項目等聯合資助。
