微生物产业作为战略性新兴产业，是我国培育发展新动能、打造全球竞争新优势的重要领域。在推进健康中国建设的重大机遇面前，发展微生物产业对于区域科技创新、产业高质量发展、保障健康并改善民生等具有积极意义。

中国工程院吴清平院士科研团队在中国工程院院刊《中国工程科学》2021年第5期撰文，阐述了微生物产业发展的宏观需求，从产业布局、技术进展角度梳理了国际微生物产业发展现状，进而总结产业发展趋势；从产业政策环境、产业规模的角度概括我国微生物产业发展态势，对微生物安全、微生物健康、微生物制造、微生物医药等产业细分方向的发展现状进行调研，据此剖析发展面临的挑战。文章研究认为，建设系统化的大科学设施、发展产业化的系列技术、推动微生物资源的产业化应用，是我国微生物产业发展的关键举措。加强微生物高技术产业关键核心技术研发，推动建立协同创新发展的产业政策体系，围绕微生物创新平台实施创新驱动并集中打造产业集群，对提升我国微生物产业发展水平具有重要作用。

一、前言

微生物产业是国家战略性新兴产业，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020 年）》将生物技术列入科技发展战略重点。《“十三五”生物技术创新专项规划》（2017 年）提出，拓展产业发展空间、提高发展质量和效益，支持生物技术新兴产业发展。目前，我国已经形成了微生物医药、微生物制造、微生物农业等涵盖微生物技术产业方向比较完善的微生物产业体系。

微生物技术产品主要应用在农业、林业、医药保健、制造业等领域，未来发展潜力巨大。市场调查机构 BCC Research 预测，世界微生物产品的市场规模将从 2018 年的 1863 亿美元上升到 2023 年的 3024 亿美元，年复合增长率为 10.2%。随着组学、合成生物学等技术的交叉融合发展，微生物领域的技术革新、产业变革进入了蓬勃发展的新阶段，将在促进地区产业转型升级，催生新技术、新产品、新业态、新模式方面发挥重要作用。

面对推进健康中国建设的重大机遇，微生物产业应积极谋划高质量发展，更好发挥应有作用。本文作为“中国微生物安全与健康产业发展战略研究” 项目成果的学术性展示，从微生物安全、微生物健康、微生物医药、微生物制造 4 个方面着手，系统调研产业总体态势，深入剖析产业发展方向，总结凝练我国微生物产业发展的举措与对策，以期为产业宏观布局、基础技术研发提供参考。

二、微生物产业发展需求分析

（一）保障居民生命健康

微生物的存在伴随人的一生，是影响人体健康、疾病发生的关键性因素之一。人类基因组、微生物组相互协调，共同维持人体健康。随着技术进步，微生物健康产品得到广泛应用，在肠道菌群、营养平衡等方面发挥了重要作用。

①人体微生物是宿主免疫反应、抵抗外来致病菌、消化吸收、物质能量代谢、促进生长发育的重要维持者，直接或间接地调控多个系统的功能。

②人体微生态失衡与以肠道疾病为代表的多种疾病的发病机制有着密切关联。

③人体微生态是药物代谢的“中间站”，随着年龄增长而不断变化，与人的衰老、寿命息息相关。

此外，微生物检测是保障生命健康必不可少的手段。随着生活水平提高，人们对健康的重视程度不断加强，微生物检测产品作为一次性使用的医疗消费品，其市场需求将保持稳定增长。微生态药物作为人体免疫系统的调节剂，适应症非常广泛，涵盖感染、炎症、糖尿病、肿瘤、营养保健等；因其安全性好、生产周期短、来源丰富的优势，未来有较大的发展空间。

（二）促进传统工业升级

微生物技术在新材料、新能源领域中的应用潜力较大，对工业可持续发展具有重要意义。与传统的石油化工、煤化工相比，以生物基为原材料的发酵生产，可再生性强、安全性高、环境友好，而微生物是相关生产流程中最为核心的资源。生物质原料的基本元素是 C、H、O，几乎不含 S，因此在生物发酵过程中不产生硫化物，生产过程可显著减少污染物排放；生物基原料通过降解，最终转化为 CO2、H2O 而回归自然，可从根本上规避环境污染问题。以己二酸生产为例，生物法相较于化学合成法可减少 85% 的温室气体排放。

（三）支持生态和环境保护

微生物可用于净化生活污水和有毒工业污水、监察环境污染度，在生态和环境保护方面具有重要价值。随着经济社会发展，环境中的难降解有机污染物趋于多样化、复杂化、顽固化。针对由环境污染引起的环境生态突出问题，研发微生物组学的新方法、新技术，开发微生物群系功能，有助于深刻认识生态系统中不同形态生命体相互依存的运行规律，从而为改善生态环境提供新型解决方案。微生物与环境的关系，不仅局限于自然环境，可扩大到以室内环境为代表的社会环境；尤其在生物安全方面，新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情防控的实践证明了在“小环境”内开展微生物监测与干预的重要意义。

（四）助力农业生产革新

我国是世界最大的化肥消费国，过量施肥现象突出，在增加农业生产成本、过多消耗资源的同时，造成土壤、地下水的严重污染。微生物在提高土壤肥力、促进粮食增产、防治粮食作物的病虫害、防止粮食霉腐变质等方面不可或缺。微生物肥料既可辅助土壤提高肥力、改善作物生长、提升作物品质与抗逆性，也可减少作物种植过程中对环境带来的污染、确保作物符合食品质量安全要求，成为现代绿色农业发展的支柱且应用前景广阔。微生物发酵饲料、宠物益生菌等，对促进动物生长发育、提高免疫力以防病治病、改善饲料适口性与转化率等具有明显作用。

三、国际微生物产业发展现状及趋势

（一）产业布局和技术进展

生物产业是世界科技竞争的热点领域、各国争相布局的战略制高点，迄今为止发布了国家级生物经济相关政策的国家和地区超过 50 个。作为生物技术的重要组成部分，微生物在现代生物技术领域中的重要性不言而喻，而微生物制造又是其中的关键方向。

在发达国家和地区，微生物制造产业成为实现经济可持续发展的重要举措。

①美国制定了《生物质技术路线图》（2002 年），计划到 2030 年，生物基产品替代有机化学品的比例达到 25%，生物能源替代运输用石油燃料的比例达到 20%，相关产品绝大部分来自微生物制造；2015 年制定的《生物学产业化：加速先进化工产品制造路线图》，提出了利用微生物制造加速化工产品生产的具体目标。

②欧盟发起了“欧洲联合生物基产业发展计划”（2014 年），根据其中的《工业生物技术远景规划》，2030 年生物基原料替代化工原料的比例为 6%~12%，其中 30%~60% 的精细化学品将由生物基制造，微生物制造在这一过程中发挥关键作用；2019 年，欧洲生物基化学品的总市场规模为 91.7 亿欧元，仅占欧洲化学品市场的 2.6%，增长空间和发展潜力巨大。

③德国政府先后发布了《生物经济 2030 ：国家研究战略》（2010 年）、《生物炼制路线图》（2012 年）、《国家生物经济政策战略》（2013 年），大力支持利用生物质原材料和微生物实现资源的可持续开发利用。

④日本 2002 年提出了“生物技术产业立国”的发展设想，将生物产业纳入国家核心产业范畴；出台了以“基于利用生物机能的循环产业体系创造”计划为代表的政策体系，旨在加速生物技术利用、促进生物产业发展。

近年来，世界生物技术产业的发展速度保持在经济平均增速的 2 倍，相关社会投资积极性较高，如 2017 年的风险投资额超过 100 亿美元（仅次于信息技术产业），成为经济增长的重要驱动力。从世界微生物产业链来看，上游以技术服务公司为主，包括宏基因组测序、微生物检测、鉴定与分析、临床诊断等，为行业提供产品研发支持；中、下游公司以具体应用的场景为主，涉及人体健康的应用方向有微生物科研、微生物治疗与药物研发、健康管理等；美国公司在微生物领域占有优势地位，技术先进且分布密集。

随着大数据技术的快速发展，微生物技术研发正转向数据化的科学发展模式，为微生物产业提供了新的技术支撑。物理、材料、计算机科学等学科与生命科学交叉融合，推动了生物成像、基因编辑、单细胞、生命组学等技术的革新；测序技术突飞猛进，基因编辑、再生医学、增材制造、合成生物学等技术推动了生物技术产业的精细化发展。根据 IncoPat 专利数据库统计结果，2010—2020 年世界微生物技术领域专利申请 485 714 件、授权 72 500 件，专利申请量逐年增长，尤其我国专利申请量急剧攀升（