科技部发布另一新增专项 “ 绿色生物制造 ” 重点专项申报指南征求意见

高分子科技 2022-05-05

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2020年国家重点研发计划重点专项项目指南已陆续公布。据初步统计，截至6月6日，已发布指南（征求意见）的专项（含定向）43个，其中6月1日新征求意见的“引力波探测”重点专项 为2020年新增专项，6月5日，科技部发布另一新增专项“绿色生物制造”重点专项申报指南征求意见。随着“十三五”期间重点专项部署完成，新一批“十四五”重点专项将陆续征求意见，并启动实施。

关于对国家重点研发计划“绿色生物制造”重点专项2020年度项目申报指南征求意见的通知

根据《国务院关于改进加强中央财政科研项目和资金管理的若干意见》（国发〔2014〕11号）、《国务院关于深化中央财政科技计划（专项、基金等）管理改革方案的通知》（国发〔2016〕64号）、《科技部财政部关于进一步优化国家重点研发计划项目和资金管理的通知》（国科发资〔2019〕45号）等文件要求，现将“国家重点研发计划‘绿色生物制造’重点专项2020年度项目申报指南”（征求意见稿，见附件）向社会征求意见和建议。征求意见时间为2020年6月5日至2020年6月20日，修改意见请于6月20日24点之前发至电子邮箱。

国家重点研发计划相关重点专项的凝练布局和任务部署已经战略咨询与综合评审特邀委员会咨询评议，国家科技计划管理部际联席会议研究审议，并报国务院批准实施。本次征求意见重点针对各专项指南方向提出的目标指标和相关内容的合理性、科学性、先进性等方面听取各方意见和建议。科技部将会同有关部门、专业机构和专家，认真研究收到的意见和建议，修改完善相关重点专项的项目申报指南。征集到的意见和建议，将不再反馈和回复。

联系方式：sfs_swyyc@most.cn

附件：“绿色生物制造”重点专项2020年度项目申报指南（征求意见稿）

　　　　科技部社会发展科技司

　　　　 2020年6月5日

“绿色生物制造”重点专项2020 年度项目申报指南

（征求意见稿）

本专项的总体目标是：以“绿色发展”理念为指导，聚焦生物技术在产业提升中的重大需求，以产业化为导向，重点围绕生物催化剂的创制，进行基础研究-技术创新-产业示范的全链条设计；揭示生物制造“芯片”-核心工业酶和工业菌种的设计原理等基本科学问题，构建具有自主知识产权的核心生物催化剂，建立现代生物制造产业的支撑技术与装备体系，打破国外专利壁垒，解决我国生物造产业的核心技术供给问题；实现大宗化工产品和化工聚合材料的万吨级生物制造生产及精细化学品生物合成路线产业化，解决一批关键短板化工产品的供应瓶颈；建立生物制造技术在发酵、化工、制药、纺织、饲料、食品等行业的应用，形成绿色产业园区示范，取得显著的经济和环境效益；建立引领未来的生物制造前沿技术系统，抢占新一代产业制高点，为创造以生物质为基础原材料的新型生物制造产业链和绿色低碳生物经济格局奠定技术基础。

2020 年本专项将在工业酶创制与应用、生物制造工业菌种构建、智能生物制造过程与装备、生物制造原料利用、未来生物制造技术路线及创新产品研发以及绿色生物制造产业体系构建与示范 6 个任务部署 22 个研究方向（其中，拟支持青年科学家项目不超过 5 项）。项目执行期一般为 5 年。

任务一工业酶创制与应用

1.1. 工业酶催化剂的智能设计*

研究内容：针对化工、制药等产业的重要化合物、具有重要应用前景的新化合物或者复杂化合物的高效和规模化生产需求，基于生物与物理、化学、信息、数学等学科交叉融合，结合计算生物学、人工智能与大数据等技术手段，解析酶蛋白的结构与功能关系，开发酶分子设计的核心算法和工具箱；进行高活性、高稳定性和良好操作鲁棒性的工业酶催化剂的设计和构建，提高工业酶催化剂的催化性能与工业属性，重点围绕碳氢键官能化，碳链延长等化学品合成重要反应进行验证，为新产品和新工艺提供新的可实用工业酶催化剂。

考核指标：建立 2 套以上具有自主知识产权的半理性、理性设计方法和软件环境，设计构建的准确率和有效性达到国际领先水平，形成酶蛋白设计构建的理论体系；阐明 10 种以上新的酶蛋白催化机制，实现 5-10 种新反应，2-3 种新酶完成工业催化的技术验证，具有工业应用前景。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：基础研究。

1.2工业酶通用高效表达系统构建*

研究内容：选择知识产权清晰的真核、原核宿主系统，基于大数据的高表达分析、相关基因挖掘及设计技术，研究工业酶蛋白高效表达、细胞分泌的分子机制，开发重要工业酶蛋白的高效表达分子工具箱，实现蛋白表达分泌的精准调控；基于宿主菌系统工程，开展宿主菌的全局层面设计优化研究，包括宿主菌高表达应激消除、辅因子供应与再生、生长和生理性能提升、多组分复杂酶蛋白合成途径优化、特殊分泌通道优化以及外源蛋白质修饰调控等，建立高效工业酶合成系统平台，实现多种急需大宗工业酶蛋白的具有自主知识产权的高效分泌表达系统，并针对大宗酶制剂进行发酵工艺技术验证。

考核指标：建立 3-5 种具有普适性好、生物量高、抗逆性强、辅基供给足、分泌能力强、具有自主知识产权的酶蛋白高效表达系统，酶蛋白表达量不低于 20 g/L；开发 20-30 个工业酶高效表达分子工具，建立高效表达分子工具箱；获得 10-20 个具有重要工业应用的重点酶种高效生产的菌株；建立新表达系统发酵工艺 3-5 套。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：关键核心技术。

1.3医药与食品工业酶创制与催化*

研究内容：构建高效医药与食品工业酶生产菌种与酶库；建立以医药、食品高效生产和绿色工艺为导向的新酶的发现、改良与应用核心技术体系，提高酶的底物/产物耐受性、稳定性和催化效率，解决酶催化性能提高、低成本表达生产的技术问题，开发性能优良的重要医药中间体、食品配料生产与加工工业用酶和生产菌株；开发连续化生物催化工艺和耦合体系，实现医药关键中间体与食品的酶法生产应用。

考核指标：构建包含 GB2760 所有大类的重组酶生产菌种与重组酶库；基于工业酶的高效表达技术，实现一个月从基因到公斤级粗酶样品的快速开发能力；开发 5 种以上具有自主知识产权的重要的医药中间体生产相关酶及食品工业用酶如脂肪酶、普鲁兰酶、葡萄糖氧化酶、核酸酶、青霉素酰化酶、头孢菌素 C 酰化酶、海因酶、氨甲酰水解酶与天冬氨酸裂解酶等，并实现吨级以上产业化生产；开发不低于 5 种具有自主知识产权的可工业化应用的固定化酶工艺，实现 10 种以上医药与食品的酶法生产应用；实现 2-3 条酶法生产医药关键中间体的百吨级规模示范生产线。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：关键核心技术。

1.4轻工业核心酶创制*

研究内容：开发淀粉制糖、洗涤、皮革、造纸、纺织等行业应用的新酶制剂，建立有重要应用价值的轻工业酶分子设计与智能改造、高效生产、加工及应用工艺等关键核心技术体系；揭示轻工业酶蛋白适应特殊应用环境的结构基础及其高效表达相关的新机制；基于酶分子高效设计技术，实现酶的环境适应性改造，提高酶的抗碱性、抗表面活性剂、抗氧化剂、热稳定性或低温活性等应用环境特性；构建具有自主知识产权的稳定高产的轻工业核心酶生产菌株；建立新一代轻工业核心酶高产菌株和发酵工艺集成技术。

考核指标：创制具有自主知识产权的高活性、高效率、工业适应性强的轻工业核心酶不少于 10 种，其中糖化酶、高温淀粉酶、碱性蛋白酶、皮革用酶、β-葡聚糖酶、葡萄糖异构酶等重要轻工业核心酶实现源头技术的国产化；基于工业酶高效表达技术平台，实现轻工业核心酶的高效表达，表达量不低于20g/L；开发规模化新型轻工业核心酶生产工艺， 3-5 种核心酶实现千吨级产业化生产；建立新型轻工业核心酶绿色应用工艺，在淀粉制糖、洗涤、皮革、造纸、纺织等行业推广应用。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：关键核心技术。

任务二生物制造工业菌种构建

2.1高效工业菌种的设计原理与构建方法*

研究内容：通过多组学、人工智能、合成生物学等多学科的理论与技术手段，研究结构紧凑的基因组序列设计与切分原则，为设计可导入或替换大片段 DNA 的功能基因组提供理论基础；开发大片段 DNA 导入和野生型基因组替换方法，解决遗传转化效率和重组频率低的技术难题；通过系统探究基因组的可塑性，安装新遗传特征，通过基因组重构合成具有自主知识产权的工业菌种，提升目标产物的发酵浓度、转化率与生产强度，为新型和高效生物制造奠定基础。

考核指标：揭示微生物基因组大片段 DNA 导入或替换的原理，开发 1~2 套具有自主知识产权的工业菌种基因组设计与切分方法和软件，建立 2~3 种具备原理上普适性的大片段DNA 导入和基因组替换方法，效率提升 1~2 个数量级；人工设计与再造 2~3 种重要工业菌种基因组，有机酸、化工醇、生物表面活性剂等目标产物合成速率达到 2.0 g/l/h 以上；2-3 个工业菌种完成中试，1-2 个实现规模化测试应用。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：基础研究。

有关说明：鼓励依托生物技术领域国家技术创新中心和国家重点实验室组织项目。

2.2工业底盘与生物合成途径的适配与优化*

研究内容：针对重要工业底盘，解析基因组特征，研究芳香族化合物等生物合成途径在工业底盘基因组中插入位置对表达水平及基因组稳定性的影响与规律；发展多组学组合技术，系统解析细胞代谢网络与人工途径的互作关系；发展新的碱基突变基因编辑技术，从物质代谢、能量平衡、细胞生理功能等方面提升工业底盘与生物合成途径的适配性，优化细胞性能，创建具有自主知识产权的工业菌种，进行规模化应用测试。

考核指标：突破工业底盘与代谢途径互作提升合成效率的关键科学问题，建立 3-5 种不受底盘限制的生物合成途径表达优化策略；发展 4-6 种代谢动态调控技术，实现 5 种以上的新途径适配优化，获得不少于 5 个最优化的工业菌种，1-2 种芳香族化合物高效工业菌种实现规模化测试应用。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：基础研究。

有关说明：鼓励依托生物技术领域国家技术创新中心和国家重点实验室组织项目。

2.3重要工业化学品生物制造菌种的新一代网络模型构建与应用*

研究内容：针对重要大宗工业化学品如己二酸等生物制造菌种，建立整合多维信息的高质量新一代网络模型；开发多种计算优化方法，实现工业化学品生物合成代谢网络的最优设计。基于模型预测单/多菌株体系新的代谢途径，显著提高原料转化率；发展工业菌株基因表达精准调控技术，获得具有较强生物制造能力的工业新菌株，提升产品合成效率；实现重要工业化学品的高效生物制造及应用示范。

考核指标：构建 3-5 个重要大宗化学品工业菌种的新一代网络模型，模拟仿真效率和精度比现有方法提高 20%以上；基于新模型预测 3-5 种单菌和多菌体系新的代谢途径，原料利用率提高 30%以上；针对有机酸、有机醇等重要大宗工业化学品，基于新模型构建 3-5 个高性能新菌株，实现 2 个以上产品的示范应用，原料利用率提高 20%以上。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：关键核心技术。

有关说明：鼓励依托生物技术领域国家技术创新中心和国家重点实验室组织项目。

2.4工业菌种基因组人工重排技术*

研究内容：针对重要工业微生物，开发长合成途径的多基因交互作用研究方法，创建高效合成途径的快速重构优化技术；重点开发工业微生物的基因组结构重排技术，筛选目标途径调控的新关联基因，研究代谢途径的新调控点发现的新策略；在模式生物到工业菌种、不同工业菌种之间，发展重大产品合成途径的跨菌种调控靶点发现和应用技术体系，创制高性能工业菌种，进行规模化应用测试。

考核指标：建立工业微生物菌种基因组重排构建的技术体系，实现20个代谢基因以上长途径的复杂化学品菌种的高效构建；发现目标产品定向合成和环境耐受性相关新调控靶标10 个以上，获得5个以上具有自主知识产权的重要化学品工业菌种，目标产品定向合成和环境耐受性等能力提升30%以上，1-2 个实现规模化测试应用。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：关键核心技术。

有关说明：鼓励依托生物技术领域国家技术创新中心和国家重点实验室组织项目。

2.5重要氨基酸工业菌种系统改造与产业示范

研究内容：针对食品、饲料领域的主要氨基酸等工业菌种进行组学技术解析，研究高产机理和抗逆机制，建立高效大规模基因组编辑改造技术体系，发展自主专利设计与细胞生产性能提升改造策略，构建新型高产工业菌种，建立菌种专利池，并进行规模化产业示范及应用。

考核指标：建立我国重要氨基酸工业菌种组学解析、基因组编辑改造、高通量筛选的技术体系，形成自主菌种性能迭代提升能力，构建出4-6种世界先进水平的大宗氨基酸、支链氨基酸工业菌种，新菌种工艺生产效率比现有国内最高水平提高10%以上，综合成本降低10%以上，三废排放降低20%以上；其中谷氨酸、赖氨酸等1-2种实现10万吨/年及以上生产示范线验证，苏氨酸、色氨酸等2-3种实现1万吨/年及以上生产示范线验证，并达到相应的工程化指标，谷氨酸产酸率>220g/L、糖酸转化率>75%，产酸强度>7g/L/h；赖氨酸产酸率>240g/L、糖酸转化率>73%；苏氨酸产酸率>160g/L、糖酸转化率>65%；色氨酸产酸率>70g/L、糖酸转化率>18%。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：产业示范。

有关说明：鼓励依托生物技术领域国家技术创新中心和国家重点实验室组织项目；其他经费（包括地方财政经费、单位出资及社会渠道资金等）与中央财政经费比例不低于 3:1。

2.6原料药工业菌种系统改造与产业示范

研究内容：构建新的抗生素、甾体激素、维生素等合成菌种，开发高效、多位点、精确基因编辑工具，结合工业菌种代谢网络模型，研究其内在代谢调控机制，对重要抗生素、甾体激素、维生素合成过程进行物质、能量代谢的优化和高通量筛选，实现目标产品产量的显著提升。针对部分产量特别低下，无法进行有效基因操作的菌种，开发异源生物合成技术，利用合成生物学手段在模式生物中组装生物合成途径，建立新的代谢网络模型，调整代谢通量，优化调控网络和发酵条件，实现目标产品的异源生物合成和产量提升。

考核指标：阐明 10 种以上抗生素、甾体激素和维生素的高效微生物合成机制，构建出新一代抗生素、甾体激素以及维生素等工业菌种，产量提高 30%以上；突破抗生素废菌渣的无害化处理、资源化利用关键技术；实现埃博霉素、多杀菌素、甾体激素和维生素 B6 等 3～5 种重要产品的异源生物合成；完成 3～5 个重要工业菌种的多层次发酵放大优化及产业示范，生产成本下降 10%，综合成本下降 10%，三废排放降低30-40%；实现 1-2 种具有重要用途但国内尚为空白的医药新品种产业化示范。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：产业示范。

任务三智能生物制造过程与装备

3.1生物反应器及智能生物制造

研究内容：研制生物过程智能传感装备，为生物过程的智能感知数据获取提供技术和装备支撑；研究生物过程中的数据科学技术，建立典型工业微生物过程大数据库，解决复杂生物过程代谢机制解析、过程建模与优化控制的智能决策等关键问题；针对典型工业生物过程，在过程大数据的基础上，整合细胞代谢机理，建立基于大数据-机理混合驱动的智能管控系统，实现生物过程实时在线智能分析、诊断与精确控制；以工业互联网和物联网为基础，将智能生物过程与企业 MES 和 ERP 相结合，在重大生物产品上实现生产企业智能化全局优化与监管，从而实现智慧工厂的建设。

考核指标：在智能传感装备上，3-5 种生物产品工业化生产中开发和应用 15-20 种先进传感检测设备和合成生物传感器，实现生物过程关键物质流、能量流和信息流的在线检测；在生物过程数据研究方面，开发 3-4 种可用于过程数据智能化处理的数据科学算法及软件包；在智能工艺上，开发和应用8-10 种基于多组学数据整合细胞微、宏观生理代谢特性分析的生物过程精准优化策略及装备（生物反应器），建立 5-8 种典型工业生物过程大数据库，并针对 3-5 种具有重大影响的生物产品开发基于大数据-机理混合驱动的生物过程智能控制软件，工业水平实现整体提高发酵效率 15%以上；在智能工厂上，1-2 家重大生物产品制造企业实现工业互联网下资源、能源、环境、资金等的最优化分配和监管，从而提升产能 15% 以上，降低生产成本 10%以上。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：关键核心技术。

3.2面向生物能源制造的高效膜分离技术与成套装备

研究内容：针对生物能源生产过程降本增效减污的应用需求，研发高效节能的膜分离技术与成套设备，提高发酵产物的分离效率与收率，降低污染物排放，实现资源化利用。重点突破发酵液净化的小孔径陶瓷膜、溶剂分离及发酵气源调变的分子筛膜、发酵尾气治理的复合膜技术与成套设备，解决膜运行成本问题；研发用于发酵液成分在线检测的膜传感器；研发生物发酵与膜分离耦合一体化的关键技术与装备，实现高效生物转化；突破低成本生物燃料等清洁生产关键技术，建成生物燃料高效分离的工业应用示范。

考核指标：研发 4 种以上适合发酵产物分离的高效节能膜技术；发酵液净化用膜的分离效率与传统技术相比提高 20%，收率提高 5%以上；生物燃料分离用透水膜通量>20 kg/m2?h，透醇膜通量>2kg/m2?h；发酵气源调变用膜、发酵尾气治理用膜完成 1000 小时的侧线考核；开发出生物发酵与膜分离耦合装置 2 套以上；膜法生物燃料分离应用示范规模达万吨级，与现有生产技术相比分离成本节约 20%以上。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：关键核心技术。

任务四生物制造原料利用

4.1 木质纤维素类生物质制备可发酵糖技术

研究内容：针对木质纤维素材料结构复杂、难以降解的特性，开发自主知识产权的糖平台技术。重点研究：开发水耗能耗低、毒性副产物生成少且易于工程放大的高效预处理技术；选育高效木质纤维素降解复合酶系生产菌种，开发低成本液体深层发酵生产工艺，就地生产底物特异性强的木质纤维素转化酶液；开发高固糖化、低用酶量新型木质纤维素糖化工艺，建立适于生物基产品发酵的低成本纤维素糖生产技术，及开发与水解糖制备匹配的生物基产品成套生产技术；集成优化木质纤维素炼制体系中的原料预处理和产酶、酶解技术，结合木质素及其高值化衍生物的联产方案，建立适宜规模的装置，完成全过程技术经济分析与生命周期评价。

考核指标：开发出适用于 1～2 种具有工业应用价值的木质纤维素原料的高效预处理技术，预处理过程不产生废水，糖损失率低于 5%；就地液体深层发酵生产底物特异性强的低成本木质纤维素糖化酶液；酶解后获得的可发酵糖浓度高于 150g/L；以秸秆为例，可发酵单糖得率不低于 500 kg/吨秸秆，吨秸秆糖用酶成本不超过 500 元，联产木质素产品后的吨纤维糖综合生产成本不超过 1400 元；形成木质纤维素来源的糖及木质素基高值化学品产品 2-3 种，成套工艺技术具备经济可行性。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：关键核心技术。

任务五未来生物制造技术路线及创新产品研发

5.1人造肉高效生物制造技术*

研究内容：以植物蛋白肉和细胞培养肉为代表的新型人造肉具有绿色、安全、可持续等优势，有利于缓解传统养殖业带来的社会与环境压力。针对我国人造肉制品产业现状，研究开发适用于新型植物蛋白肉加工的耐高温谷氨酰胺转氨酶、食品安全级漆酶等，用于改善植物蛋白肉质构口感，提升植物蛋白肉营养安全品质；研究用于细胞培养肉的动物干细胞高效增殖分化、低成本无血清培养基发酵法制备等技术，优化动物细胞肉生物反应器规模化制备工艺，降低动物细胞大规模安全培养成本；研究开发血红蛋白等人造肉食品化关键组分的生物制造技术，支撑人造肉高效生物制造与产业示范。

考核指标：实现耐高温谷氨酰胺转氨酶、食品安全级漆酶等 4-6 种人造肉生物制造用食品酶的高效制备技术，耐温性能提高 10-20oC、酶活提升 30%以上；建立不同来源植物蛋白品质与结构改良的方法，胶联性能提升 30%以上；实现 3-5 种不同动物来源的多能干细胞或肌肉干细胞高效增殖分化方法和低成本培养方法，降低肌肉细胞生产成本 80%以上；发酵法生产血红蛋白产量达到 2.0 g/L 以上；制备 6-8 种适合中国饮食烹饪特性的人造肉产品；围绕植物蛋白肉品质与结构改良所涉及的关键酶制剂，细胞培养肉所涉及的大规模、低成本培养等申请发明专利 30 项以上，形成系列专利群；实现 2-3 条人造肉高效生物制造的产业化示范，提升新型人造肉食品品质，产生显著经济和社会效益。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：关键核心技术。

5.2天然活性产物生物制造技术*

研究内容：针对自然界来源受限、难以获取的临床急需的重大慢病用高值高活性天然产物，通过功能酶的定点修饰技术和微生物改造，发掘高活性天然产物及其衍生物转化关键酶系及生物合成模块构建高效细胞工厂，系统研究转化过程中的酶催化机制及其微生物合成路径，高效生物合成或酶法转化生成具有抗肿瘤、降血糖、降血脂等高值高活性天然产物及其衍生物，形成稀有高活性天然产物生物合成生产的新模式，取得对传统植物提取方法的明显经济竞争力。

预期目标：建立合成基因及酶法修饰、生物合成及加工、功能评价等核心技术体系，建立新型高活性天然产物转化酶系10～20 种，获得特稀有抗肿瘤和降糖、降脂等高活性高附加值天然产物及其衍生物的自主知识产权工程菌 5～8 种；实现人参皂苷、三七素、高纯度四环三萜类、榄香烯、灯盏乙素类等 3 个以上品种年产 100-500 公斤级产业化示范；取得高活性天然产物及其衍生物相关功能产品批文 2~5 件。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：关键核心技术。

任务六绿色生物制造产业体系构建与示范

6.1生物基化学品的绿色生物制造与产业示范

6.1.1纤维素乙醇生物炼制与产业示范

研究内容：为解决木质纤维素原料经济性差的难题，开展农业秸秆制备纤维素、半纤维素和木质素产品多联产乙醇和化学品的生物炼制技术研究与示范。重点研究适应多种农业秸秆生物质的绿色高效低成本的预处理技术；大型工业化秸秆预处理装备；低成本复合纤维素降解酶系就地生产技术；抗毒的全糖共利用的发酵菌株和适应高浓反应条件的新型酶解发酵技术；开发新型纤维素糖衍生物产品、木质素基材料产品及其生产技术；研究木质纤维素转化生产重要化学品对二甲苯（PX）的新工艺；形成秸秆综合利用、增值联产理论体系和成套技术；建立万吨级农业秸秆制备纤维素乙醇和化学品多联产生物炼制示范生产线。

考核指标：形成农业秸秆类木质纤维素原料生产燃料乙醇、生物基对二甲苯、木质素基材料的成套技术，建成生物基对二甲苯中试试验装置和年产能不低于 2 万吨的秸秆纤维素乙醇工业示范项目。工业示范项目可联产木质素原料，木质素基材料成套技术在规模化生产线中实现应用。纤维素乙醇综合生产成本不高于 6300 元/吨。生物炼制工业示范项目整体经济效益俱备市场竞争力。

拟支持项目数：1~2 项。任务属性：产业示范。