葉健文：廉價菌株“養”出綠色材料

“明早我去實驗室看結果。如果實驗結果不理想，我們再討論修改方案。”晚上10點，華南理工大學生物科學與工程學院教授葉健文給學生發完微信，結束了一天的工作。

“實驗按周排期，本周應該把菌株‘養’好。不過，辛苦設計出來的菌株，表現不及預期也是常有的事。做科研得有顆平常心。”葉健文對科技日報記者說。

在夜色中，葉健文向記者回顧了近年來在合成生物學領域的工作。他圍繞微生物細胞工廠設計和下游工業應用，不斷發掘嗜鹽單胞菌、大腸桿菌等微生物的潛力。“目前，我做的工作是用低成本菌株‘養’出綠色材料，并推動相關技術實現工業化。”葉健文說。

日前，葉健文獲得廣東省科技成果轉化促進會科學技術獎。

葉健文（左三）帶領團隊成員做實驗。 受訪者供圖

培育細菌中的“藏獒”

石油基塑料是以不可再生的石油為原料，具有耐用、防水、成本低等特性，應用范圍十分廣泛。不過，這種塑料在自然環境下經過數百年都可能不被分解。而生物塑料不以石油為原料，可降解，但生產成本較高。

葉健文介紹，國外科研團隊利用海藻水解產物生成了一種名為聚羥基脂肪酸酯（PHA）的聚合物。用這種聚合物制成的生物塑料制品，其產生的垃圾廢物不僅沒有毒性，還可以變成營養物質被微生物分解利用，并回饋到自然環境中。

“聚羥基脂肪酸酯雖然優點突出，但成本較高，難以大范圍普及。我們團隊想找到一種既有‘天賦’又具性價比的微生物，用它來生產聚羥基脂肪酸酯，把成本‘打’下來。”葉健文說。

葉健文團隊將目光投向嗜鹽單胞菌。“嗜鹽單胞菌被稱為細菌中的‘藏獒’，可以在極端惡劣的環境中生存并快速生長，且不容易被其他微生物污染。”葉健文說，他希望，經基因改造和發酵優化的嗜鹽單胞菌，能夠助力破解聚羥基脂肪酸酯成本難題。

想法美好，現實卻很“骨感”。

“嗜鹽單胞菌的基因改造，此前一直不被學界看好，可供參考的文獻非常有限。”葉健文介紹，在經歷多次失敗后，他無意中從掛在實驗室墻上的代謝通路“地圖”獲得啟示，用新方法對嗜鹽單胞菌進行了基因改造。

然而，進入中試階段后，難題又接踵而至。在此期間，為了解決技術難題，葉健文創下了連續70多個小時不眠不休的紀錄。

“有時，我們在實驗室已經培養出可以用于生產的工程菌，但當把它拿到中試車間，品質會下降很多。我們就需要重新調整，導致產業化進程被拖慢。”葉健文說。

打通“最后一公里”

葉健文回憶，有時絆住他們的只是一個小問題，但解決起來卻非常不易。

“我們團隊在設計大生產發酵罐時，苦于不知道該把它設計成什么形態。”葉健文說，“細菌在里面怎么活動、內部溶液是否受熱均勻……這些問題我們在設計時都要想到。”

像這樣的問題，葉健文已經記不清團隊遇到過多少。“遇到一個就解決一個，辦法總比困難多。我們團隊上下都是樂天派。”他說。

遇到的問題多了，葉健文就開始總結。他和團隊成員把解決思路和相關數據整理出來，建立起一套理論計算模型。

“有了這個模型，基因改造和發酵優化的效率會大幅提升。”葉健文說。

2023年，葉健文聯合多家單位完成了聚羥基脂肪酸酯連續高密度發酵生產以及分離純化。這項利用嗜鹽單胞菌發酵生產聚羥基脂肪酸酯的技術，相較目前國內外傳統技術，可將聚羥基脂肪酸酯生產成本降低至少35%。

接下來，葉健文和團隊要讓成果實現工業化。

從實驗室研發到工業化量產，這中間存在一段空白地帶。要想順利完成過渡，需要反復驗證和大量資金投入。這段空白地帶被形象地稱為科技成果轉化的“死亡谷”。

“實驗室提供的是理想條件。到了量產階段，我們要面對更復雜的情況，要考慮空氣質量對微生物生長的影響、人工操作與工藝適配、工廠設備水平等。”葉健文說。

想要成功跨越“死亡谷”，必須打通上游技術到下游產業化的“最后一公里”。

“怎么打通‘最后一公里’？在我看來，非常核心的問題是保證產品的穩定性。比如，當菌株被從實驗室轉移到工廠，要保持它的代謝活動水平不發生變化。”葉健文說。

目前，葉健文依舊在努力推動這項成果走向工業化，相關產品有望于2025年問世。

和學生沒有距離感

2013年，葉健文從華南理工大學本科畢業后，被保送至清華大學攻讀博士學位，師從清華大學合成與系統生物學中心主任、教授陳國強。

讀博期間，葉健文的研究工作主要圍繞極端微生物代謝改造、發酵優化、生物過程設計與放大，同時參與解決了生物制造領域的諸多難題。

2021年，葉健文入職華南理工大學。談及在高校任職的原因，葉健文說，主要是看中生物制造行業的發展潛力，希望為行業培養更多科研人才。

“生物制造是培育新質生產力的重要手段之一。我國把生物制造列為重點發展的戰略性新興產業、未來產業的重要內容。產業發展離不開人才支撐，高校是科研人才培養的主力。我愿意貢獻自己的一份力量。”葉健文說。

作為一名“90后”導師，葉健文說自己最大的優勢是“和學生沒有距離感”。

“我和他們的年齡差距不大，學生的迷茫和焦慮，我都經歷過，很理解他們。我愿意多聽聽他們的想法，根據每個人的特點，為其規劃科研成長路徑，給他們更具針對性的建議。”葉健文說。

汪馳是葉健文帶的第一個學生。他說，選擇葉老師，就是看中了他年輕。

“葉老師研究方向具有前瞻性，平時非常關注國際科研動態。他有一股拼勁，我們每天從早上8點半學習到晚上10點半，一周最多休一天。只要我們在，他就在。”汪馳說。

葉健文要求學生除了做好科研，還要堅持鍛煉身體。“科研工作再忙，也一定得去運動，每周至少要抽出2天到3天去健身房打個卡。”葉健文說。

爬山是葉健文為數不多的愛好。“科技成果轉化是一座我們要爬很久的‘山’。我希望學生們不畏艱險，勇攀高峰。”他說。