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2．人工生物体与细胞工厂创建的科学基础。
开展微生物系统生物学与物质代谢的分子基础研究，探索人工生命的构建原理，解决合成生命、人工生物器件、细胞工厂、人工生物叶片等方面的重大科学问题，为解决我国能源、化工、医药和环境等重大需求问题提供原始创新方案。
3．生物过程工程化的科学问题。
研究复杂生物过程的原理与规律，解决生物过程及其工程化的科学问题。以突破生物工艺过程、食品加工过程、多物种生态工艺过程、污染物生物降解过程等方面的重大科学问题，为建立生物制造过程模式奠定科学基础。
（二）突破一批核心关键技术。
选择具有基础性与全局性的核心关键技术，集中优势资源，实现重点突破，提高生物制造科技的核心能力，抢占国际生物制造研究开发制高点。
1．合成生物学技术。
发掘天然化合物的自然代谢途径，发展基因或基因组的计算机设计、人工合成、生物元件与模块组装、精细调控与优化等技术，突破重要化合物的人工细胞合成技术，实现动植物提取产品的工业合成和石油化学品的发酵生产，建立物质生产的新路线。进行以人工基因表达产物与纳米材料结合，组装新的人工酶与蛋白质分子机器，形成化学品生物合成的非细胞体系新路线。
2．微生物基因组育种技术。
发展工业菌种基因组重测技术与代谢网络重构技术，基因组删减与进化技术，转基因改造、基因组重排、代谢途径创建技术与系统代谢工程优化技术，突破工业菌株基因组改造技术，打造新一代生物制造技术核心，获得高效工程菌株，提升我国发酵工业国际竞争力。
3．工业酶分子改造技术。
发展酶蛋白计算设计、高级结构解析与进化、分子改造修饰、高效表达制备、固定化等新技术，突破工业酶分子改造与新酶研发的关键技术，形成我国新一代酶制剂工业发展的核心技术，研制一批新型工业酶制剂，促进工业酶在化工、造纸、纺织、制革等工业过程的应用。
4．工业蛋白质表达技术。
开展高效表达元件构建、受体菌株的基因组改组、代谢流改组、高效遗传转化等关键技术研究，研发具有自主知识产权的覆盖真核、原核的完整微生物表达系统，获得工业蛋白质表达新体系，打破国外技术垄断，大幅提升大宗工业酶制剂的国际竞争力。
5．工业微生物高通量筛选技术。
研究基于单酶或多酶耦联的化学发光或荧光检测、高负电荷结合荧光共振能量转换检测、荧光互补分析、数字影像分光检测、表面等离子共振、微囊包埋细胞的微流芯片分选等筛选模型与方法，建立工业微生物功能与产物的快速筛选技术。研发基于微阵列系统、多参数并行化生物反应器的高通量发酵工艺优化技术，加速微生物工业化应用进程。
6．生物炼制与生物质转化技术。
发展木质纤维素预处理、生物糖化、微生物代谢转化、化学加氢、裂解技术，突破木质纤维素制糖、化工产品的生物制造、生物质热化学转化、气化等关键技术，建立非粮原料能源化学品、大宗化学品、聚合物材料生产的生物炼制技术体系。
7．生物催化技术。
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