“藏” 在地下的城市公路｜发现大湾区

|大湾区合成生物实验室|

化学合成色素安全与否争议不休

天然色素成本高昂

生物合成色素要如何破局？

万物皆可AI

人工智能真的可以设计蛋白质吗？

这些合成生物学的前沿成果

正在大湾区的一个地方得以实现

作为生物技术和信息技术融合的代表学科

合成生物学被认为是未来的颠覆性技术之一。

在深圳市工程生物产业创新中心

一大批大湾区初创企业的科研人员

正在忙碌着······

比天然色素更低价？比化学合成色素更环保？

生物合成色素在一众色素生产工业中突出重围！

成为色素生产工业发展新趋势？

袁小黎：进入到人类文明以来，我们经历过几个文明形态，在农业文明时期，人类获取物质和能量的方式主要是通过天然产物；进入到工业文明以后，因为技术的进步，人们用化学合成了很多的物质和能量。但是在农业文明的时候，这种获取天然物质的方式它很低效，产物很少，在工业文明时期，获取物质的方式虽然高效，但是它同时制造了环境的污染和安全的问题，而我们合成生物学同时解决了天然产物的低效与化学合成的环境污染与安全问题。所以我觉得合成生物学在未来必定成为人类可持续发展的支柱产业！

消耗大、难量产的天然色素

究竟是如何在为生物体内“重生”的呢？

STEP 1: 菌种活化

袁小黎：我们通过生物合成技术，将植物中生产色素的基因进行编辑，而后在“大肠杆菌”的基因组上进行整合，通过设计好的基因路线，就可以让大肠杆菌自己生产有对应颜色的色素。

袁小黎：我们现在已经生产了菌种，黑色素的菌种，靛蓝色素的菌种，还有靛玉红，灵菌红素的菌种。

袁小黎：我们通过微生物来生产我们需要的产品，它的性质和从植物里面提取的性质是一模一样的，没有任何区别！

STEP 2 ：发酵培养

小试阶段——开发和优化方法

活化车间活化出来的菌种

就会被送到小试车间

什么是小试车间？

袁林：小试车间就是将我们实验台的菌种进行工业化生产落地的第一级测试车间。这是我们小试车间的4连罐，是我们第一级的发酵罐，在这里我们将对刚刚活化的菌种进行二次的增殖培养和产物合成。

袁林：这是我们小试车间的4连罐，我们第一级的发酵罐，在这里我们将对刚刚活化的菌种进行二次的增殖培养和产物合成。

中试阶段——验证和扩大生产

袁林 ：中试车间就是我们二级测试车间要进行我们的放大生产了！小试只是一个4连罐，5升罐体，中试我们把5升扩大到50升，然后再到500升，在大规模落地生产时我们还会利用更大的罐体来提高产量！

袁林：我们主要控制pH值、氧含量、温度，湿度，还有补料去给每一阶段的菌种创造最适宜的发酵环境！我们这些调节系统都是自动化的！

在经过菌种活化、发酵培养、破碎还原、安全检测等一系列操作后，大自然中珍贵的同款天然色素就被我们通过微生物发酵提取出来了！

成果展示

生物合成靛蓝还原液染出的布料

与工业应用中化学合成的染料相比

生物合成的染料对大自然是零污染、零排放！

袁小黎：古代染布的过程要花上好几天的时间，现在几分钟可以解决，并且这个还原液是没有毒的。在染布的过程中，还原液是可以持续染下去的，直到（还原液）染完，所以不会有任何的污染和排放，而且不会浪费一滴水，是名副其实的无水染布！

这种“天工开物”的生物合成色素除了可以应用于印染领域，还可以广泛用于食品、化妆品、药品等领域，满足人类生活生产的需求，也为环境的可持续发展做出贡献。科学家预估，合成生物学将是第三次生物科技革命，经济价值潜力巨大！

生物界的"ChatGPT"

人工智能算法推测蛋白质的三维结构

AI快速设计出“原创”蛋白质已经变成了可能

AI设计蛋白质(酶）

刘立辉：蛋白质是由一个个氨基酸组合而来的，我们用研究得到的蛋白质的一级结构，也就是氨基酸的顺序排列，然后把这些数据输入到AI软件当中，它就可以计算出来蛋白质在可能的情况下大概的三维结构！

刘立辉：它还有一个更大的作用！它可以把大分子跟小分子之间的这种结合，通过计算把具体结合的点以及大分子小分子的空间走向和结合方式算出来！通过这种方法，我们可以迅速找到跟活力相关的这几个点来做突变，可以节省很多工作！

改造后的酶的验证

科学家刘立辉的科研室内

他正带领团队对AI设计出的酶进行筛选

刘立辉：虽然通过实验来进行具体的菌株筛选，筛出来之后，我们有两个选择，一个用它来直接表达酶做生物酶催化，然后获得我们想要的产物，另外一个是把突变好、进化好的酶基因，作为一个组件整合到我们的细胞工厂的底盘细胞里。

什么是细胞工厂？

小小的微生物，其实就像一个复杂的化学品加工厂，在体内执行着成百上千的代谢反应，人们需要做的，就是在微生物体内实施手术一样搭建设计一条生产线，将相关的基因元件，以及用来表达特定生物酶的DNA序列，导入到细胞工厂中，并利用这些代谢反应，让微生物生产出原本所不能生产的产品。

酶的表达以及活力检测：纯化柱+电泳

刘立辉：蛋白质电泳就是把我们想要的目标蛋白，也就是目标生物酶，在电泳上体现出一个蛋白条带。

刘立辉：生物酶进化这个过程中要做几千上万次，我们可能要筛一个项目，要筛成千上万个突变体，然后才能筛出我们想要的酶！

最终登场：酶的基因序列植入细胞工厂

专业人士告诉我们，细胞工厂属于更高级别的绿色合成，在传统发酵工艺基础上，对菌株做了深度优化改造，使得工艺路线更短、成本更优、产量更高、更加绿色环保。

更重要的是，用细胞工厂的绿色合成工艺开发食品，医药原料，可以极大地保护动物，防止植物过度开采，真正意义上保护了环境。

|“藏”在地下的滨海大道|

你能想象

一个城市交通最繁忙的路段

全部藏到地底下

会怎么样呢？

未来的你或许真的可以

在14车道宽的路面“压马路”

因为过去的车水马龙将变成公园

这个大型市政道路改造工程

位于湾区核心城市深圳的主干线滨海大道

这里即将会有1560米的路段

地面交通全部沉入地下

巫远辉

深圳市交通公用设施建设中心建设一部副部长

巫远辉：这次改造可以说彻底实现了人车分流，实现打造世界级的滨水公共空间、一个地下片区的立体交通体系。这可以说是全国的首个快速路主辅道全部下沉的项目，甚至在世界来说也是比较少见的！

超级总部！地下交通别墅 ！？

改造后地下空间共有四层！

负一层：地下空间与超总地下空间衔接

负二层：北侧主辅道路、南侧主线道路以及北侧地下港湾式公交停靠站

负三层：南侧辅道、南侧港湾式停靠站及穗莞深城际站站厅层

最底层：穗莞深城际站站台层

冯金 中铁四局滨海下沉项目经理

冯金：常规的隧道做地下通道都是把主线做下穿，但是辅道还放在地面上。我们这个主辅线全部采用下穿的方式，辅道的进出口都在地下。

滨海大道连接城市的商业中心CBD和科技企业聚集区，可想而知必然是城市车流最繁忙的路段，现在10条车道都难以满足交通需求的发展。超级总部基地是这个路段北侧正在同时兴建的未来大型企业提供总部办公场所。也就是说，未来这里的交通会更繁忙。

道路建设？VS生态平衡？

1994年滨海大道准备筹建时

原本计划要从红树林自然保护区穿过

但为了保护珍贵的红树林

最终决定北移200米绕开保护区

建设成本相应的增加了一亿元

至今地人都认为这个高额代价十分值得！

卞跃威 上海隧道院设计负责人

卞跃威：最早这条路的规划是基于三点考虑：第一点是现在滨海大道通行能力不匹配了， 第二点是整个路网跟生态保护区之间的和谐共生，最后一点是为了保护候鸟栖息环境不受噪音干扰，在滨海大道上设置了森屏障，减少对生态的影响。

滨海大道下沉以后，加上超级总部和规划中的中央绿轴，这个原本交通最繁忙的闹市区，会有30万平米的优质公共空间留给市民。附近上班和居住的人们，下楼可以直接走到海边和红树林保护区观光。

地下公路困难多？

滨海大道全长9.6公里，有7.6公里填海而成

改造过程中海水潮汐作用对基坑的影响，

工程难度可以说十分之大。

冯金：这个项目的难度第一个在于基坑特别宽大，总开发面积大概11万平方，大概20个地铁车站的规模。长度是1560米，宽度最宽有100米宽，深度最深有35米深，这意味着如果按地上的楼层来算，地下就有11层楼那么深。

冯金：第二个是这个区域紧邻深圳湾海域，距离基坑最小的进间距只有55米，而且海水跟地下水是连通的，所以施工的过程中安全风险非常高。一旦海水倒灌，基坑会全部淹没的。

冯金：第三个是滨海大道是填海填起来的，回填的时间很短，大概只有20年时间。不良地层比较多，对工程来说是很不利的因素，对结构的防腐设计、耐久性都有很大的影响！

高挑战！高成就！

"它最大的优点就是集约化，节省土地资源。"

-----卞跃威

这种下沉式交通市政系统对一个经济高速发展的城市带来的改变，或许远远超越改善交通，这是城市管理模式的一次变革，也可能会是在城市中生活的人们，从追求生存目标到追求生活目标的一次进化！

制作人：龚赟

编 导：窦文 张舒婷

编 辑：赵雨桐（实习生）