细胞造万物：当生物制造成为“十五五”新风口，我们如何抓住30万亿美元的未来？

作者简介 一个平凡而乐于分享的小比特中南民族大学通信工程专业研究生研究方向无线联邦学习擅长领域驱动开发嵌入式软件开发BSP开发❄️作者主页一个平凡而乐于分享的小比特的个人主页✨收录专栏未来思考本专栏结合当前国家战略和实时政治对未来行业发展的思考欢迎大家点赞 收藏 ⭐ 加关注哦细胞造万物当生物制造成为“十五五”新风口我们如何抓住30万亿美元的未来1公斤稻米能生产出30克纯度高达99.9999%的“黄金救命药”20吨发酵罐的单次产能即可替代3000头鲨鱼的提取量工业尾气“变”出饲料蛋白地沟油“飞”上蓝天成为航空燃料——这不是科幻小说而是正在发生的“细胞造万物”革命。引言从“认识生命”到“创造生命”2026年3月北京中关村论坛年会上《2026年未来产业十大赛道》报告正式发布生物制造与具身智能、脑机接口、量子计算等一同被列为引领未来的十大核心赛道。几乎同一时间“十五五”规划纲要明确提出要“推动量子科技、生物制造、氢能和核聚变能、脑机接口、具身智能、第六代移动通信等成为新的经济增长点”。这一战略部署并非偶然。正如中国科学院院士赵国屏所概括的生物制造正在实现从“认识生命”向“创造生命”的跨越从“利用自然”走向“设计自然”。这意味着人类不再只是自然的索取者而正在成为生命的“编程者”。那么什么是生物制造为什么它被提升到如此重要的国家战略高度它又将如何改变我们的生产和生活第一章 何为生物制造——让微生物成为“超级工人”1.1 概念解析细胞工厂的底层逻辑生物制造简单来说就是利用生物体如微生物、动植物细胞的代谢或酶催化能力将可再生原料转化为我们所需的产品。与传统化工不同它不再依赖石油等化石资源而是以淀粉糖、秸秆、工业尾气甚至二氧化碳为“食物”让微生物在发酵罐中“打工”生产出从药品到材料、从能源到食品的各种产品。可以这样理解传统制造是用物理化学手段“敲打”分子而生物制造是“培养”细胞让它们自己“生长”出分子。前者需要高温高压后者多在常温常压下进行前者产生大量污染后者绿色环保前者依赖不可再生资源后者使用可再生原料。1.2 典型案例当梦想照进现实案例一“稻米造血”——从1公斤稻米到30克“黄金救命药”人血清白蛋白被称为“黄金救命药”是临床急救、烧伤治疗等不可或缺的药品过去只能从人体血浆中提取长期依赖进口。禾元生物通过将目标蛋白植入水稻让水稻胚乳细胞成为“蛋白质生产车间”从1公斤稻米中就能生产出30克纯度高达99.9999%的重组人血清白蛋白。更令人惊叹的是种子表达量已从第一代的每公斤糙米2.75克提升到第三代的30克提升了近10倍。案例二角鲨烯——20吨发酵罐替代3000头鲨鱼角鲨烯是疫苗佐剂、化妆品和保健品的重要成分以往只能从鲨鱼肝脏中提取。华东理工大学魏东芝团队开发的“多细胞器工程改造”技术让20吨发酵罐的单次产能即可替代3000头鲨鱼的提取量。这意味着每年可以拯救数以万计的鲨鱼同时获得更稳定、更纯净的产品。案例三PHA生物材料——让塑料消失在海洋中PHA聚羟基脂肪酸酯是一种完全可降解的生物基材料可在土壤、海洋等自然环境中彻底降解从源头消除微塑料污染。目前中国已建成全球领先的万吨级PHA生产线产品从高端医疗耗材到日常包装材料从纺织纤维到农用地膜实现了从“实验室样品”到“市场商品”的跨越。蒙牛集团已联合清华大学、微构工场推出了全球首款商业化PHA可降解吸管。第二章 国家战略为什么是现在2.1 顶层设计从“新质生产力”到“未来产业”生物制造在政策层面的地位提升可谓“三级跳”2024年首次被写入政府工作报告列为“新增长引擎”2025年再次写入政府工作报告地位进一步巩固2026年被正式列入“十五五”规划纲要与量子科技、核聚变能并列成为七大未来产业赛道这一政策演进绝非偶然。当前世界百年未有之大变局加速演进全球地缘政治风险不断积聚生物制造在强化产业链韧性、保障供应链安全方面的战略价值日益凸显。2.2 战略价值生物制造的三重意义第一重破解“卡脖子”难题人血清白蛋白、某些氨基酸、维生素等关键产品长期依赖进口或受制于原料供应。生物制造提供了一条“换道超车”的路径。共同药业从植物双降醇出发开辟了不受羊毛原料瓶颈制约的维生素D3生产路线——传统工艺受限于全球每年仅25万吨羊毛的原料供应产品价格长期维持在每公斤万元以上。第二重应对“双碳”挑战传统化工行业每年碳排放量超过20亿吨占全球工业碳排放的约7%。以乙烯生产为例蒸汽裂解工艺需在800℃以上高温下进行每生产1吨乙烯约排放1.5吨二氧化碳。而生物制造以秸秆、餐厨废弃物、工业副产物等可再生生物质为原料可显著降低碳排放。凯赛生物的生物基聚酰胺与传统化学法石油基产品相比单位碳排放可降低50%。第三重培育“新质生产力”据预测到2050年生物制造有望创造30万亿美元的经济价值。我国发酵产能长期位居全球第一为塑造生物制造领导地位奠定了坚实基础。2025年我国创新药交易额首次位居全球第一本土创新成果正逐步获得全球市场认可。2.3 全球竞速窗口期只有三年美国国家安全新兴生物技术委员会发布的报告称美国面临“三年窗口期”来维持或重夺生物技术领导地位。对中国而言这恰恰是从“跟跑”“并跑”到“并跑”“领跑”的位势争夺关键期。目前我国在生物制造领域的论文和专利数量已居世界首位但在底层技术、高端装备、国际标准制定等方面仍有提升空间。全球竞速已进入白热化阶段生物制造的竞争本质上是技术之争、生态之争、标准之争。第三章 产业图景一场覆盖全产业链的系统性革命3.1 从实验室到生产线产业链全景图生物制造的产业链可以划分为上、中、下游三个环节环节核心内容关键要素代表性企业/机构上游菌种开发与优化基因编辑、酶工程、菌种筛选中科院天津工业生物所、北京化工大学中游发酵工艺与中试放大发酵罐、工艺控制、放大技术华东理工大学、43家国家级中试平台下游产品提取与应用开发分离纯化、市场准入、场景拓展凯赛生物、禾元生物、微构工场上游菌种是生物制造的“芯片”北京化工大学生命学院教授陈必强将工业菌种类比为生物制造的“芯片”——“拥有一个菌种就拥有一个产品拥有一个先进菌种就占领一个市场”。目前我国在菌种开发方面已取得显著进展但仍面临新菌种准入审批较慢的问题。中游跨越“中试死亡谷”“很多时候技术可行性不等于工程可行性。”共同甾体研究院负责人姚立成坦言。从实验室摇瓶到工业级发酵罐并非简单的线性放大每一步都需要重新摸索和优化。这一过程被称为“中试死亡谷”——无数初创企业在这里折戟沉沙。去年年底工信部发布了首批生物制造中试能力建设平台名单共有43家平台入选。这些平台正在成为跨越“死亡谷”的关键桥梁。下游寻找“爆款”产品从投资的视角来看生物制造企业商业价值的实现在于通过生物制造打造出成本更低的同类产品。如何将新技术推向市场如何在内卷环境中寻求差异化道路正成为行业共同思考的问题。3.2 传统制造VS生物制造一场范式革命维度传统化工制造生物制造变革意义原料石油、煤炭等化石资源秸秆、淀粉糖、工业尾气、CO₂从不可再生到可再生能源消耗高温高压如乙烯生产需800℃以上常温常压能耗大幅降低环境影响高碳排放、污染严重低碳环保、可循环助力“双碳”目标产品特性结构相对简单可生产复杂结构如青霉素拓展制造边界生产方式线性消耗循环再生从线性到闭环3.3 市场规模与增长预测据赛迪研究院预测全球具身智能市场规模未来五年复合增长率达73%预计2030年将达到2388亿元。而生物制造的市场规模更为可观当前我国生物制造产业总规模已接近万亿元2030年据预测全球生物制造市场规模有望达到数千亿美元2050年有望创造30万亿美元的经济价值特别值得关注的是生物航空燃料SAF商业化正在提速成为生物制造领域增长最快的细分赛道之一。第四章 技术前沿AI赋能与“细胞编程”4.1 AI生物制造从“经验驱动”到“模型驱动”人工智能正深刻变革生物制造的科研范式。生物技术作为典型的数据密集型学科正在成为AI赋能科学发现和技术创新的最佳试验场。AI在生物制造中的应用主要体现在以下环节基因功能解析蛋白质与代谢途径智能设计高效细胞工厂创制生物过程全局优化随着云实验室和自动化实验平台的普及生物制造产品代际更迭显著加快研发周期有望从“年”缩短至“月”甚至“日”“时”。这正是智能发酵推动生产模式从“经验驱动”向“模型驱动”转型的核心体现。4.2 细胞编程让细胞按“指令”工作2026年3月中国科学院深圳先进技术研究院钟超研究员团队发表了一项重磅成果他们构建了一种基于重组酶的可编程细胞分化与比例控制平台就像一个“生物程序员”通过“预设规则”能让单一祖细胞自主生成多种子代细胞并能定量调控该细胞的分化比例和顺序——调控范围可拓展到约0.1%至99.9%。这意味着什么细胞分化从“试错”走向“设计”过去细胞分化更多依赖试验摸索现在它开始走向“可设计、可预测”从“各自工作”到“分工合作”平台不仅能让细胞“分出来”还能让它们“分工合作”形成具有一定空间结构的细胞群体应用前景广阔有望为活体材料、类器官构建、组织工程和智能治疗系统提供新的技术路径4.3 底层技术突破多酶协同与酶工程华东理工大学魏东芝团队开发的“多酶级联生物催化技术”是另一个底层技术突破的典型案例。他们把通过酶进行的反应比作“搭积木”——简单混合后效率很低但通过对酶进行专门设计在积木上设置能相互搭到一起的“卡扣”反应就变得高效。更关键的是团队还开发了“多细胞器工程改造”技术——细胞跟人体一样有各种“器官”细胞器把反应放在一个细胞器中进行空间更紧凑效率更高。这项技术从角鲨烯的成功量产开始开辟了数万种同类精细化学品生物制造的途径。第五章 挑战与困境细胞造万物真的不容易5.1 “中试死亡谷”从升到吨不是简单放大生物制造行业流传着一句话“从‘升’到‘吨’再到‘万吨’并不是简单的线性增长过程。”姚立成向记者表示菌株在大规模生产过程中“放大效应”会非常明显甚至每一个步骤都需要重新摸索和优化。一旦出现问题又要回到最基础的菌株优化重新构建代谢通路多次重复才能在菌株耐受性和产量上实现突破。对于初创型企业来说动辄耗资千万级别的中试平台建设是很大的负担。更棘手的是很多企业宁愿自建中试平台、承担高昂成本也不愿将核心菌种交给第三方平台——菌种是企业的核心资产一旦泄露维权成本极高。5.2 成本、市场、资本三角困局生物制造长周期、高投入的特性与资本的短期逐利逻辑存在结构性矛盾。从新产品开发到最终落地合成生物学产品通常需要3至5年甚至更长时间以及千万元级别以上的投入。资本追求快速回报导致企业被迫选择“快车道”——扎堆热门赛道、追逐短期利润而非深耕源头创新。彭东海观察到行业里从源头发现到合成制造的企业仅占10%左右布局底层平台性技术的就更少了大多数企业都盯着热门单品做。一个典型案例是麦角硫因。最初只能从灵芝等菌菇中提取原料售价曾高达30万元/公斤。随着合成生物技术的应用成本直线下降。但因化妆品原料市场规模较小后入局企业开打价格战国内最早生产麦角硫因的一家明星企业在遭遇价格暴跌等多重打击后已于2023年宣告破产。5.3 人才瓶颈复合型人才缺口巨大“复合型人才缺口非常大。”彭东海坦言这类人才既需拥有发酵工程等学科背景又要具备商业头脑和谈判能力。在全国政协“推动生物医药产业健康发展”远程协商会上多位委员都提到了人才问题。全国政协委员、四川大学华西临床医学院原院长李为民指出我国生物医药产业最稀缺、最核心的是既懂临床用药又懂新药创制的复合型人才。5.4 监管与知识产权制度性障碍监管体系适配性不足今年全国两会上全国政协委员、科技部原副部长李萌指出当前我国合成生物制造产品审批监管体系适配性不足、流程不畅已制约产业创新突破和规模化落地。知识产权保护难题江南大学产业技术研究院副院长康振表示当前国内生物制造领域的专利申请数量快速增长但知识产权保护的实际效能仍面临挑战。菌种不同于普通专利其边界模糊、难以界定——一个企业投入多年研发出的工程菌经过改造后与原始菌株的差异大小、如何证明对方使用的菌种来源于自己等问题在现行法律框架下都缺乏明确的技术判定依据。第六章 未来展望路在何方6.1 政策建议构建良性产业生态针对当前面临的挑战多位专家和政协委员提出了以下建议第一强化科创产业深度融合。构建科技创新与产业创新“双向奔赴”机制从“技术供给输出”转向“市场价值引领”以企业需求和应用场景为创新“第一站”。第二拓展多元应用场景。大力发展农林废弃物、工业废气等非粮原料利用技术加快构建“不与人争粮、不与粮争地”的可持续原料供给体系。第三优化完善产业生态。政府引导资金持续对生物制造进行战略投资国资深度参与以撬动社会资本培育更多耐心资本。加快生物制造产品市场准入步伐以市场成熟牵引产业成熟。第四完善知识产权保护。构建一个高效、严格且具有国际视野的知识产权保护体系对于保护企业创新成果、激发科研人员积极性、吸引长期资本投入至关重要。6.2 投资建议耐心资本的机遇丁列明委员用“3个10”来说明新药研发的“高风险、长周期、高投入”特征平均耗时10年、投入10亿美元成功率不足10%。这同样适用于生物制造领域。因此他建议从国家层面引导设立更多耐心资本约定早期项目投资占比通过给予税收减免、财政补贴等激励促进投早、投小、投长期。同时在考核评价上推行“长周期、算总账”考核并给予一定容错空间鼓励各方勇于投入前沿探索。6.3 技术展望三大值得关注的方向方向一非粮原料利用。我国年产农作物秸秆8亿多吨如果能够利用其中十分之一作为原料生产聚乳酸等可降解生物塑料每年就有可能提供一千多万吨的一次性塑料产能形成千亿元级市场。方向二AI生物制造深度融合。随着云实验室和自动化实验平台的普及研发周期有望从“年”缩短至“月”甚至“日”。大语言模型与底层技术的整合、人机协同决策体系的建立正预示着生物“智造”新时代的到来。方向三细胞治疗与再生医学。中科院深圳先进院的研究成果表明细胞分化从“试错”走向“设计”已成为可能。未来能够自我修复的生物皮肤、可按需合成药物的微型类器官甚至可用于移植的人工组织雏形都是值得期待的应用场景。结语一场属于中国的产业变革从“认识生命”到“创造生命”从“利用自然”到“设计自然”生物制造正在重塑我们对制造业的认知。这场变革不仅关乎技术突破更关乎发展范式的根本性转变。对中国而言生物制造的意义尤为特殊——它是破解“卡脖子”难题的钥匙是应对“双碳”挑战的利器更是培育“新质生产力”的核心战场。从“跟跑”到“并跑”再到“领跑”的位势争夺窗口期可能只有三年。正如魏东芝教授所说“科研成果的价值绝不应仅仅以论文和专利的数量来衡量。”当1公斤稻米能“造血”当20吨发酵罐能替代3000头鲨鱼当工业尾气能变出饲料蛋白——我们正在见证的不仅是一场技术革命更是一个时代对可持续发展的回答。“十五五”的号角已经吹响细胞造万物的时代正在到来。在这场关乎未来的竞速中中国能否拔得头筹答案正在每一个实验室、每一座发酵罐、每一位科研工作者的手中逐渐清晰。参考资料[1] 证券时报. “细胞造万物”真不容易 生物制造闯关夺隘向未来. 2026-03-31.[2] 科技日报. 把握生物制造重要战略发展机遇期. 2026-03-30.[3] 人民网财经. 把握生物制造重要戰略發展機遇期. 2026-03-30.[4] 央广网. 小菌种“撬动”大制造. 2025-11-27.[5] 中国网. AI赋能生物制造引领绿智未来. 2026-03-29.[6] 中国科学院院刊. 合成生物制造大宗化学品的机遇与挑战. 2026-03-29.[7] 科技日报. 这只生物制造“工具箱”助力跨越规模化生产“最后一公里”. 2026-01-28.[8] 光明日报. 细胞分化可以“编程”了. 2026-03-25.[9] 人民政协报. 聚力向新 护航健康中国建设. 2026-03-25.[10] 北京青年报. 《2026年未来产业十大赛道》发布. 2026-03-27.