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历史性机遇——AI 加持下的“生物制造”：十五五的万亿级风口与那些改变世界的"奇特产品"

已有 155 次阅读 2026-8-16 00:18 |系统分类:科普集锦

历史性机遇——AI加持下的生物制造

十五五的万亿级风口，与那些早已改变世界的"奇特产品"

齐云龙

▲ AI生成示意图：当AI学会"写"生命的代码，微生物工厂成为未来制造的引擎

📌 导读

导读：

人类很早学会了种植植物生产粮食、以草料饲养牛羊获得奶和肉制品，后来发展到酿酒、制醋……其实本质上都是借助生物的转化获取想要的产品（这些产品所包含的能量绝大多数来自太阳）。

当AI学会"写"生命代码，一场以微生物为工厂、以数据为燃料的造物革命正悄然来临。党的二十届四中全会通过的"十五五"规划建议，正式把“生物制造”列为"采取超常规措施、全链条推动"的六大关键核心技术之一，并明确为要"前瞻布局的未来产业"和"新的经济增长点"。这意味着，从你杯里的酸奶，到比钢铁还坚韧的人造蛛丝，再到能"吃"二氧化碳的工厂，都站上了国家战略的风口。

本文带你梳理十五五规划中的生物制造机遇，并盘点那些已经或正在改变世界的"奇特产品"。

01　什么是生物制造

（其实挺讨厌故弄玄虚造些新概念，生物工程、发酵工程……这些词太老了？——或许是吧，连自己这本专业的还依旧看不上这些当年就业率倒数的专业，但时代变了，概念需要重新定义）

所谓“生物制造”，就是利用微生物、动物或植物细胞等“生命单元”，通过设计、改造、控制它们的代谢路径，来生产人们想要的物质。它与传统制造有本质区别：传统制造以“切削、组装、合成”为核心，而“生物制造”则是"利用生命体的代谢网络进行合成与组装"。北京化工大学曹辉教授将其称为“第四次工业革命”——正以前所未有的深度和广度渗透到医药、化工、材料、能源、农业、环保等关键领域。

当前，生物制造的探索正在人工智能（AI）等前沿技术的推动下不断深入。工信部在 2025 生物制造大会上公布的《生物制造标志性产品名单（第一批）》等三项名单，已精准构建起"创新攻关—转化支撑—成果落地"的完整产业生态链。据公开数据，我国生物制造产业总规模已达1.1 万亿元；易凯资本更预测，到 2030 年我国生物制造市场规模将增至 1.8 万亿元，占全球市场规模近 25%。

权威定义：中国工程院院士、北京化工大学校长谭天伟给出简洁定义——"生物制造是以工业生物技术为核心，利用酶、细胞等作为催化剂，在常温常压下把可再生生物质转化为目标产品的绿色制造方式"。它之所以被称为"第四次工业革命"，在于实现了三个跨越：从"提取"到"合成"（如生物制造把茶多酚高度浓缩，改变摄入方式）、从"化学"到"生物"（生物基化纤常温常压生产、显著减碳）、从"高温高压"到"常温常压"（微生物能把金属氧化物还原成金属，革命性替代高炉冶金）。

中国底气：三个"全球第一"。谭天伟研判，我国生物制造拥有独到的产业底座：

① 发酵产能全球第一——发酵工业产能与发酵罐容积约占全球七成，是别国短期难以复制的硬实力；

② 超大规模市场——从保健品到新材料都有天然"内需底盘"；

③ 研发动能世界第一——生物制造论文与专利总量均居世界首位。

麦肯锡更预测，未来 10—20 年约 60% 的工业品可由生物制造生产，将形成 4 万亿美元新市场。

02　十五五规划里的生物制造：列出这些关键方向

规划定位："十五五"规划建议明确，在"前瞻布局未来产业"与"加强原始创新和关键核心技术攻关"两大部分均提及发展生物制造；并将生物制造、工业母机、高端仪器、基础软件、先进材料、生物制造等列为"采取超常规措施、全链条推动"的重点领域，要求关键核心技术攻关取得决定性突破。

工信部路线图：工信部将编制发布"十五五"生物制造发展规划，重点推进以下工作：

① 明确标志性产品与人工智能典型应用案例——2025年 8 月已遴选发布16 项人工智能在生物制造领域的典型应用案例，为全产业链提质升级注入新动能。

② 培育生物制造中试平台——打通"实验室到工厂"的转化瓶颈，让科研成果从"论文"变成"产品"。

③ 开展高性能生物反应器揭榜挂帅——会同中国科学院等部门研发关键装备，提升集成化能力与生产效率。

④ 筹建生物制造标准化工作组——构建自主可控的生物数据底座与统一标准。

⑤ 培育生物制造复合型人才——打破生物科学、物质科学、工程科学、信息科学的学科壁垒。

政策节奏：生物制造已连续三年（2024—2026）被写入政府工作报告；2025 年 7 月工信部公示首批36 项生物制造标志性产品，覆盖生物制药、生物材料、生物基化学品全链条；2026 年 7 月印发的《工业绿色低碳发展"十五五"规划》更点名"生物基材料、生物能源（生物柴油/生物航空煤油）、生物制造在造纸/日化/纺织应用"，把绿色生物制造写入国家低碳主轴。全国已有 28 个省（市）出台专项支持政策。

三大体系目标：构建"产业创新体系、现代产业体系、管理服务体系"三大体系。在产业创新上加快中试平台布局；在现代产业上实施生物制造赋能产业升级工程，重点发展医药中间体、未来食品及组分、生物基平台化合物等"关键少数"；在管理服务上健全产品评价机制、标识制度与金融服务。

国家药监局亦明确，"十五五"期间将大力支持生物制造产业创新发展，推动医药产业由"跟随式创新"向"系统性创新"转型，并高度关注人工智能驱动的药物研发、细胞与基因治疗等前沿领域。更宏观的预测是：到 2050 年，生物制造有望创造30 万亿美元的经济价值，占全球制造业的三分之一；达沃斯 2025 年十大新兴技术中，有四项与生物制造直接相关（见2026年近两年达沃斯十大新兴技术、核心趋势）。

03　AI 加持：让"设计生命"像写代码

"生物制造的未来，是让细胞按人类的'指令'高效工作，而 AI 就是编写这些'指令'的核心语言。"这是 2025 中国生物制造科技创新论坛上专家们的共识。人工智能正在成为生物制造的新引擎：通过机器学习，科学家可以预测基因突变效果、优化代谢路径、快速筛选高产菌株。

效率跃迁：过去改良一个菌种需要几年，借助 AI 可缩短到几周；以创新药为例，慧博投研报告显示，AI 能把分子发现时间从传统的 2 年降至 11 个月，总费用从 4.14 亿美元直降到 20 万美元。悦康药业借助 AI 筛选 RSV 潜在靶点，时间效率提升 80%，其 mRNA 疫苗已获 FDA 临床试验批准。

平台崛起：武汉大学团队正在打造生物制造领域 AGI（通用人工智能）大模型，可像"老师"一样回答酶改造策略；在发酵场景中，智能化决策能省掉60% 以上的时间与金钱投入。深圳粒影生物则通过 AI 设计筛选出能耐受 90℃、具备"自我修复"能力的重组胶原蛋白。

正如赛迪研究院专家所言，AI 与生物制造的深度融合，将推动"生物制造"向更智能、更高效的"生物智造"升级跃迁，并有望重塑全球产业竞争格局——推动我国从生物制造大国迈向生物制造强国。

降本标杆：蓝晶微生物 2025 年公布 Biohybrid 2.0 技术，150 吨产线实现PHA 产量 264 克/升（较同类菌株提高 83%），成本较 2019 年下降 41%，碳足迹比石化塑料低 64%，且以餐厨废油为碳源；华熙生物旗下华熙唐安建成全球首个非动物源肝素全产业链平台，抗凝血活性提高 10 倍。区域侧，北京昌平已聚集 160 余家合成生物企业，建成全国首个合成生物制造国家级中小企业特色产业集群。

04　那些年的"奇特产品"：生物制造早已无处不在

▲ AI 生成示意图：人造蛛丝、细胞培养肉、细菌纤维素皮革、生物合成靛蓝——生物制造的"造物清单"

4.1　最古老的生物制造：酒、醋、酸奶。人类利用微生物制造产品已有数千年。从《齐民要术》记载的酿醋表面凝胶状菌膜（其实就是细菌纤维素），到今天的酸奶、酱油、康普茶，发酵是最朴素也最成熟的生物制造。酒与醋是微生物代谢糖类的产物，酸奶则是乳酸菌将乳糖转化为乳酸的结果——这些日常之物，正是生物制造的"远古雏形"。

4.2　细胞培养肉 / 人造肉。这是生物制造走向餐桌的代表。技术路径分三条：植物基肉、发酵蛋白肉、动物细胞培养肉。据预测，2025 年全球植物肉市场规模约 279 亿美元，综合人造肉市场达 376 亿美元；到 2035 年全球人造肉年消费量预计 9700 万吨，其中植物蛋白肉占 71%、发酵蛋白肉占 23%、细胞培养肉占 6%。关键里程碑：发酵蛋白肉预计 2025 年与动物蛋白价格持平，细胞培养肉有望 2032 年持平。中国的富祥药业已用"短柄镰刀菌蛋白"切入人造肉、特医食品与宠物食品；上海、深圳的试点餐厅里，细胞培养肉已进入商业化前夜。

4.3　比钢还强的"丝"：人造蜘蛛丝。蜘蛛丝被称为自然界最强韧的纤维。日本 Spiber 公司用合成基因驱动细菌生产丝纤维蛋白（Qmonos），其单位重量韧性是钢铁的340 倍、铝合金的 300 倍、碳纤维复合材料的 20 倍。德国 AMSilk 的 Biosteel 可生物降解涂层已用于阿迪达斯运动鞋；Bolt Threads 的 Microsilk 与 The North Face 合作推出"月球夹克"。我国科研团队也已突破蛛丝蛋白高效表达与人工纺丝核心技术，性能达到天然蛛丝水平，在医疗、纺织、乃至防弹与航空航天领域潜力巨大。值得一提的是，2024 年诺贝尔化学奖授予计算蛋白质设计（戴维·贝克等），AI 正让"设计一根更好的丝时间"从月级缩短到秒级。

4.4　微生物"编织"的纤维、皮革与染料。细菌纤维素是微生物分泌的高纯度纤维素，除了做椰果（Nata de coco）、生物纤维面膜，还能"长"成环保皮革——墨西哥 Polybion 的 Celium、新加坡用食物垃圾发酵制成的 vegan 皮革均已商业化；我国科研团队更做出全球首件细菌纤维素连衣裙，生产效率是传统工艺的 36 倍。在染料端，威兴蓝（江苏）用发酵法年产 1.6 万吨生物基靛蓝"观蓝"，计划扩到 10 万吨；道生生物把板蓝根产靛蓝的代谢路径装进大肠杆菌，产量达 40g/L，正在建设世界首条 3000 吨级合成生物天然色素产线——彻底告别化学合成染料残留的致癌物苯胺。

4.5　重金属？微生物采矿与磁性纳米颗粒。你没看错——生物制造也能"玩"重金属。趋磁细菌（magnetotactic bacteria）体内有纳米级磁小体，可作为重金属的生物吸附剂；南开大学团队用基因工程构建"合成细菌+磁性纳米颗粒"复合物（SynEc2），对镉、铅的去除率超过 90%，还能用人工磁场便捷回收。更广泛地，微生物能把金、银、钯、铀、磁铁矿等金属还原/富集为纳米颗粒，用于生物采矿、贵金属回收与重金属污染治理——这正是"用生命净化地球"的生动注脚。

▲ AI 生成示意图：趋磁细菌体内纳米磁小体吸附重金属离子，并用人工磁场便捷回收——"用生命净化地球"

4.6　二氧化碳"变废为宝"。2021年，中国科学院天津工业生物所国际上首次实现不依赖植物光合的二氧化碳到淀粉人工全合成，2023 年又合成出葡萄糖、甘露糖；首钢朗泽把工业尾气变成粗蛋白含量≥80% 的微生物蛋白；2025 年以二氧化碳为原料的酵母蛋白工业化装置在内蒙古投产；研究人员还构建了"人工海洋碳循环系统"，直接捕集海水二氧化碳合成可完全降解的塑料。从"碳消耗"迈向"碳循环"，制造业正在被彻底改写。

4.7　健康与美妆的"细胞工厂"。华熙生物把透明质酸发酵产率从 16–17g/L 提升到 73g/L，告别了"2 万只鸡冠提取 1 公斤产物"的时代；微藻（雨生红球藻、小球藻等）通过合成生物学产出虾青素、DHA、EPA、藻蓝蛋白；乙醇梭菌蛋白成为"一碳生物制造标杆"，从工业尾气里"长"出新型蛋白。这些，都是生物制造在生命健康领域的日常奇迹。

4.8　"奢侈品"变"日用品"。健康普惠是生物制造最接近商业化的场景：野生冬虫夏草因挖掘破坏生态，生物制造可针对其有用成分工业化生产并大幅降价；常见降血压药物已能用生物制造生产，成本大降且绿色低碳；胶原蛋白、透明质酸这类曾靠动植物提取的昂贵原料，如今被"细胞工厂"拉下神坛。正如谭天伟所言，生物制造正把"稀缺资源"变成"可规模化生产的工业品"——让更多人用得上、用得起。

05　AI × 生物制造：无限的"发展机会"清单

▲ AI生成示意图：微生物细胞工厂把二氧化碳转化为淀粉、蛋白与可降解塑料

站在十五五的起点，AI 与生物制造的融合打开了至少五大机会窗口：

① 政策红利窗口。从中央"超常规措施"到 20 余省份的地方配套，生物制造拥有"顶层设计—部委协同—地方配套"的全链条政策体系，政府引导基金与耐心资本持续入场。

② 降本增效窗口。AI 把菌种改良从"年"压到"周"、把药物发现费用砍掉 99% 以上，99% 的分子尚不含生物制造工艺，约 70% 的产品理论上可由生物制造生产，而现在落地不到 1%——这片"空白市场"就是最大的增长空间。

③ 碳循环经济窗口。"吃碳吐产品"的二氧化碳生物转化，契合双碳战略，在可降解塑料、生物燃料、微生物蛋白方向率先放量。

④ 生物安全与监管科技窗口。构建国家级生物数据基础设施，用机器学习预测新型生物产品的环境释放风险，支撑动态监管——这本身就是一个新兴赛道。

⑤ 复合型人才与定制医疗窗口。AI 驱动的精准医疗、细胞与基因治疗、个性化营养，将把生物制造推向"为每个个体定制"的新高度。

真正的机会，不在于重复别人做过的产品，而在于用 AI 重写"造物"的底层语言——让细胞按我们的指令，高效、绿色、可控地生产一切。

三条主线与三个指标。从资本视角看，确定性机会集中在三条主线：

① 合成生物学平台（底盘细胞构建与转化效率）；

② 生物基材料与精细化学品（成本曲线下降速度）；

③ 生物医药与营养健康（监管壁垒与消费者接受度）。

判断一门生意是否扎实，看三个指标：

①成本曲线（能否比传统更便宜）；

②规模放大能力（实验室做得出≠工厂产得出，中试放大是"死亡之谷"）；

③政策与标准（掌握标准话语权者获制度红利）。

生物制造不是"风口故事"，而是有真实产能、真实营收、真实成本下降曲线的"正在发生的现实"，正在对冶金、纺织、化工、制药、食品、美妆等千亿级赛道降维打击。

06　结语

从日常的一杯酒、醋、酱油、酸奶到一件蛛丝衣，从一块环保皮革到一座"吃碳"的工厂，生物制造早已不是实验室里的遥远概念，而是正在重塑衣食住行的现实力量。当 AI 成为编写生命指令的语言，十五五的这股东风，将把"设计生命、制造万物"从科幻变成日常。对于科研者、创业者与投资人而言，这或许是中国在第四次工业革命中换道超车、从"制造大国"迈向"生物智造强国"的历史性窗口。

参考资料（略）

AI · 药物研发 · 技术前沿

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