作为"生物炼制细胞工厂的科学基础"这一国家"973"项目的首席专家，中科院微生物所所长助理、中国生物工程学会副秘书长马延和老师的工作可称得上是日理万机，但他仍于百忙中抽出时间接受了我们的采访，令我们感动；谈到请他为广大读者介绍近年来备受关注的我国生物炼制技术，他态度谦逊，思维敏捷，从丰厚的科研经验中加以归纳和总结，令我们欣佩，也使我们获益匪浅。
—— 近年来，生物炼制这个概念很热，每年都有关于这一专题的会议，受到业界的关注，请您谈谈生物炼制是如何被公认，也就是它的历史沿革是怎样的？
马：生物炼制是以生物质为原料取代石油生产一系列化工产品，是相对于石油炼制而言的，生物炼制概念的首次提出是在1982年。
1982～2003年石油价格比较便宜，生物炼制没有得到足够的重视。实际上，20世纪30年代，也就是在工业革命开始之前，人们所需要的很多化学品、工业原料都是从生物质如土豆、玉米等原料加工而成的。随着煤炭石油开发、开采和利用，石油价格逐渐下降，石油炼制工艺逐渐成熟，以石油、煤炭作原料的产品成本下降，逐渐取代了由农副产品原料。直到70年代爆发了一次能源危机，人们又开始关注利用生物质能源来取代石油，但还没有实质性的技术进展，在成本和可行性上没有很大的突破。2004年之后，能源短缺、环境污染的问题重新让人们更加关注生物质经济，可以说在需求的背景下再次提出了生物炼制，同时随着生物技术和一系列物理化学技术的进步，基因操作技术的发展与应用，使微生物改造技术、植物改良技术等都已经上升到比较先进的层次，也就使得利用生物质取代石油作原料生产生物燃料和化学品成为可能。在这种背景下，生物炼制的概念发展得非常快。所以生物炼制概念的成型是在2004年之后，2006年已经被广泛接受。
—— 生物质炼制和生物炼制有区别吗？
马：从生物质炼制到生物炼制没有本质的差别，生物质炼制更强调的是原料的因素，生物炼制有原料的概念也有手段的概念。
—— 发展生物炼制的重要意义体现在哪些方面?
马：这也就是为什么生物炼制这一概念能够被广泛接受的原因。首先它是一种非常重要的生产方式的理念，2006年在《Science》上刊登了一篇文章，提出生物炼制作为一种新的制造理念，已成为生物能源、生物材料持续生产的技术典范。在我国石油、煤炭资源短缺的问题比较突出，2005年、2006年我国的石油进口量都超过了40%，能源供给能力与能源需求的差距很大，能源的短缺制约经济的发展，而用生物资源取代石油资源在实现缓解能源供给不足、促进能源多样化方面具有重要作用。第二，随着生物技术的进步，利用生物炼制技术体系来生产生物基化学品替代传统石油化工产品，特别是对于含氧、手性化学品，从原子利用率的角度来讲应该是更合理，可以节省一系列的加工步骤。很多精细化学品如农药、医药中间体很多也是来源于石油化工产品，生物加工可以实现化学品的低成本生产。第三就是有效解决环境问题。石油化工产品造成环境污染严重，如难以自然降解的成分对环境造成污染，工业中的水污染，二氧化碳的排放等，通过生物炼制生产的化学品容易被自然降解，对环境的影响要小得多，从而实现环境友好。第四是促进农业发展。发展生物炼制需要大量的农业产品，对工业和农业的有机融通有着非常重要的意义。我们往往为了发展工业经济，而牺牲农业的利益、增加农民的负担，比如化肥、农药等生产的工业技术体系还没有很好地与农业生产相联系，而生物炼制就可以实现工业和农业之间均衡发展。
所以，生物炼制是解决我们目前面临的重大问题，如解决能源短缺问题、环境污染问题、三农问题的一种生产模式。对于企业节能减排，转变经济增长模式，发展新的经济增长点等都起到促进作用。应该说，生物炼制本身作为一个技术体系，在国家经济发展中会越来越重要。
—— 生物炼制与工业生物技术的关系是怎样的？
马：工业生物技术是把生物技术运用到工业领域中，现代生物技术指的是新型的生物技术，不是传统的发酵技术。现代生物技术包括酶工程、发酵工程、细胞工程、基因工程，是以基因操作为特征。从20世纪70年代末到80年代初发展起来的医药生物技术，也就是现代生物技术运用到医药领域，基因工程疫苗，基因工程药品首先引起大家关注。到90年代农业生物技术得到了大力发展，包括转基因食品、转基因植物等，植物基因改造能够有效抗虫、抗病、增产和提高品质。2000年后发展起来的是现代生物技术改造微生物本身，即工业生物技术，涉及能源、材料、化学品，特别是关心化学品的人更多一些，运用基因工程的手段改造微生物细胞和蛋白质分子，让其适应工业生产的需要，去生产工业所需要的材料、化学品、能源、燃料等。从狭义来讲就是生物技术本身在工业中的应用，它不是一个完整的产业技术和产品技术，如聚乳酸，众所周知它是工业生物技术中典型的产品代表，但在聚乳酸的生产工艺中工业生物技术所占的分量是核心的部分而不是全部，正是工业生物技术的介入，才使得聚乳酸能够上市，能够商业化。工业生物技术是生物技术在工业应用中的一种体现。
而生物炼制相对来讲是多学科集成技术，包含了化学、物理、生物等各种手段，强调的是技术体系，也就是利用生物质作原料最终取得一系列的能源物质或者化学品，中间的过程可以是生物的也可以是化学的或是物理的。现在生物炼制中最受关注的仍然是生物技术，利用生物质原料通过生物转化变成一系列化学产品是大家推崇的生物炼制的概念，虽然利用生物质可以用热化学方式进行转变，但从全方位角度来看利用生物技术操作更有优势。
—— 可以简单地概括一下原因吗？
马：也就是利用微生物提高这种转化能力，利用对生物的改造与调控得到我们需要的目标产品，不仅定向高效，而且低成本、低污染。
—— 应该说工业生物技术与生物炼制是不同范畴的概念？
马：对，它们相互之间是交叉的。生物炼制技术里面包括了工业生物技术的内容，也包括热化学技术的内容，工业生物技术和生物炼制技术都有自己特定的完整含义，生物炼制是从原料到产品，工业生物技术强调的是技术本身，可以运用在生物炼制概念里，还可以运用到生物催化、转化和生物合成里面。也就是说工业生物技术强调是手段，生物炼制强调的是原料，是一系列的化学品，是对原料的充分利用，也就是把生物原料里的所有有效部分都变成所需要的化学品，不是简单地得到一种产品。
—— 在基础研究方面，生物炼制有哪些中长期的发展规划？
马：工业生物技术在生物炼制中起着非常核心的作用，从基础研究的角度得到重视。我国的"973"项目中，和生物炼制相关的就有四个，方向比较明确的是三个，第一个项目启动是在2004年，当时生物炼制这个概念在国内还没有，国外也是刚刚出现这个名词。
2006年的"973"项目—— 生物炼制细胞工厂的科学基础是在国内第一次把生物炼制的概念明确提出来。在生物炼制过程中，生物原料转化为化学产品，其核心部分是微生物，需要对微生物进行全方位改造。虽然自然微生物的能力强，但自然界的微生物不是为工业生产需要而设定的，所以必须对它进行改造，这一项目的目的就是做改造微生物细胞本身的工作，把微生物细胞变成一个工厂，重建自然生产线就是这一项目的主要任务。而2007年立项的"973"项目是生物炼制研究的延续，不是指内容的延续，是研究范畴的衔接。2006年的项目定位在微生物本身细胞性能的改造，2007年"973"项目主要是过程的控制，如何实现个性化的制造，获得工业可放大的参数，实质解决的是过程工程的问题，以及如何在这个过程中实现节能降耗。还有一个项目就是化学法生物炼制"973"项目，是由浙江大学和中国科技大学联合主持的利用生物质作原料通过热化学法的生物炼制。
—— 您作为"973"项目的首席专家，在项目进行过程中，是如何安排布局的？
马：我们项目的任务是进行微生物细胞的改造，让它适应生物炼制的需要。从这点出发，主要从五个方面进行布局：一是微生物运用糖类生产化学品，去解析它的基因、蛋白质等分子基础，找到这些基本的物质基础也就为细胞的改造找到关键的分子原件，找到微生物改造的元素，这是"机器"； 二是这些基因、蛋白包括产物、化合物之间的相互关系，需要了解认识产品代谢网络的模型及相互之间关系，这是"生产线"；三是在生产线网络之中如何调控，解析生产线内部的关键调节位点；四是这个工厂整体受到的影响因素，如温度、压力，也就是网络受外界因素的影响；最后是模式组装，通过生物技术手段改造特定途径与性能，建立试验模型，将微生物细胞变为细胞工厂，完成了工程细胞再进行下一个专项研究。
—— 这五方面是由五个单位来做吗？
马：课题负责单位是五家，分别是中国科学院微生物研究所、天津大学、中国科学院上海生命科学研究院、清华大学和南京工业大学。
—— 目前项目的进展情况如何?
马：项目的设计思路以目标产品为对象，以工业微生物为研究模式，用特定的代谢途径和代谢网络作为研究模型来进行。首先从基因入手，已经完成了两个微生物基因组的序列测定，现在正在组织基因组的功能分析。另外一方面关于生物信息计算，也在依据基因组的数据在做，通过生物学的手段来建立代谢网络的模型，几个代谢网络的模型基本形成。在调控性能方面主要在抗性方面找到了一些特殊基因。在实际研究中一些环节是要同步进行的，到最后再回过头来串起来，可能在2～3年后，能在一个模式上形成自己的东西。
