科技日?qǐng)?bào)記者 葉青 何星輝 龍躍梅

二氧化碳人工合成淀粉、制備RNA納米農(nóng)藥、小分子肽生物合成效率提高40倍……這些創(chuàng)新技術(shù)的突破都離不開(kāi)合成生物技術(shù)。3月28日，在由科技日?qǐng)?bào)社與中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)聯(lián)合主辦、廣州市人民政府與廣州市海珠區(qū)人民政府支持、態(tài)創(chuàng)生物科技（廣州）有限公司承辦的第一屆中國(guó)綠色生物制造峰會(huì)上，《2022年中國(guó)合成生物學(xué)綠色應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)感知調(diào)研報(bào)告》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《報(bào)告》）正式發(fā)布，并評(píng)選出了國(guó)內(nèi)合成生物學(xué)“十大典型應(yīng)用”。

(資料圖片僅供參考)

峰會(huì)評(píng)選出國(guó)內(nèi)合成生物學(xué)“十大典型應(yīng)用”。主辦方供圖

近年來(lái)，得益于技術(shù)突破、政策支持等，被譽(yù)為第三次生物技術(shù)革命的合成生物學(xué)取得突破性發(fā)展，技術(shù)廣泛運(yùn)用在醫(yī)療健康、綠色能源、日化美妝、生物基材料、食品消費(fèi)等領(lǐng)域。麥肯錫數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2025年，合成生物學(xué)與生物制造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值將達(dá)到1000億美元，未來(lái)全球60%的物質(zhì)生產(chǎn)可通過(guò)生物制造方式實(shí)現(xiàn)。

在我國(guó)，合成生物產(chǎn)業(yè)正處于蓬勃發(fā)展階段。此次評(píng)選出的國(guó)內(nèi)合成生物學(xué)“十大典型應(yīng)用”，涉及食品、美妝、化工、生物等多個(gè)領(lǐng)域。尤為突出的是，入選的“十大典型應(yīng)用”企業(yè)呈現(xiàn)出年輕態(tài)、科技化特點(diǎn)。

2021年9月，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所對(duì)外宣布，在淀粉人工合成方面取得突破性進(jìn)展，首次實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的合成，意味著可以在生產(chǎn)車(chē)間制造淀粉。該項(xiàng)成果是一項(xiàng)“0到1”的原創(chuàng)性成果，將給下一代生物制造和農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)變革性影響，入選本次“十大典型應(yīng)用”案例。

動(dòng)物源性膠原蛋白進(jìn)入重組膠原蛋白階段，角鯊烯/角鯊?fù)榈纳锖铣纱媪缩忯~(yú)肝臟的提取，透皮肽技術(shù)為功效護(hù)膚提供了更多可能……生物合成技術(shù)正深刻地影響著美妝行業(yè)的技術(shù)革新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

入選“十大典型應(yīng)用”的態(tài)創(chuàng)生物，依托Tidetron?Altra平臺(tái)型菌株庫(kù)與元件庫(kù)，以及內(nèi)含肽標(biāo)簽定向進(jìn)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了小分子肽的合成技術(shù)突破。在替代傳統(tǒng)合成方法的同時(shí)，將單個(gè)肽的合成周期縮短至1-3個(gè)月，進(jìn)而提升其生產(chǎn)效率約40倍，最終完成近20種小分子肽的合成路徑開(kāi)發(fā)，相關(guān)成果已申請(qǐng)十?dāng)?shù)篇獨(dú)家專(zhuān)利。其搭建的小分子肽合成體系，為我國(guó)肽類(lèi)生物合成及工業(yè)化應(yīng)用開(kāi)拓了新思路。

據(jù)了解，該評(píng)選旨在引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展風(fēng)向，推動(dòng)合成生物行業(yè)健康穩(wěn)定向好發(fā)展。

“十大典型應(yīng)用”：

案例1：人工合成淀粉跨越式突破 合成生物學(xué)構(gòu)建未來(lái)制造方式

核心應(yīng)用領(lǐng)域：食品

成果代表方：中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所

案例簡(jiǎn)介：科研人員用一種類(lèi)似“搭積木”的方式，從頭設(shè)計(jì)出11步主反應(yīng)的非自然二氧化碳固定與人工合成淀粉新途徑。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試顯示，人工合成淀粉的速率是自然淀粉合成速率的8.5倍。按照目前的技術(shù)參數(shù)推算，在能量供給充足條件下，理論上1立方米大小的生物反應(yīng)器年產(chǎn)淀粉量相當(dāng)于5畝土地玉米種植的淀粉年平均產(chǎn)量。相關(guān)成果使淀粉生產(chǎn)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式向工業(yè)車(chē)間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能，并為二氧化碳原料合成復(fù)雜分子提供了新技術(shù)路線(xiàn)。

案例2：合成生物技術(shù)創(chuàng)建高效細(xì)胞工廠 丙氨酸綠色化學(xué)助力傳統(tǒng)化工轉(zhuǎn)型升級(jí)

核心應(yīng)用領(lǐng)域：化工原料

成果代表方：華恒生物

案例簡(jiǎn)介：華恒生物以一種原來(lái)只能在醫(yī)藥、食品等高端領(lǐng)域應(yīng)用的氨基酸——L-丙氨酸為目標(biāo)產(chǎn)品，采用合成生物學(xué)技術(shù)，設(shè)計(jì)構(gòu)建L-丙氨酸的生物合成途徑，在國(guó)際上首創(chuàng)了能夠在無(wú)氧環(huán)境下高效生產(chǎn)L-丙氨酸的“細(xì)胞工廠”，形成了從工業(yè)菌種創(chuàng)制技術(shù)、發(fā)酵過(guò)程智能控制技術(shù)到高效分離提取技術(shù)的核心專(zhuān)利群，實(shí)現(xiàn)了低碳、環(huán)保的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。

案例3：賦能生物活性物質(zhì)原料 合成生物學(xué)助力“雙碳”目標(biāo)

核心應(yīng)用領(lǐng)域：生物科技

成果代表方：華熙生物

案例簡(jiǎn)介：華熙生物以合成生物科技為驅(qū)動(dòng)，主要聚焦在功能糖、蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、核苷酸、天然活性化合物等有助于生命健康的生物活性物開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。如通過(guò)合成生物技術(shù)，華熙生物透明質(zhì)酸的產(chǎn)量有了非常高的提升，從16-17g/L的發(fā)酵產(chǎn)率，到現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵產(chǎn)率達(dá)到73g/L。之前使用發(fā)酵的方式生產(chǎn)麥角硫因，發(fā)酵水平非常低，現(xiàn)在使用合成生物學(xué)的方式，實(shí)現(xiàn)了從毫克級(jí)到克級(jí)。

案例4：微生物菌株合成PA單體 開(kāi)啟生物基尼龍大場(chǎng)景應(yīng)用

核心應(yīng)用領(lǐng)域：化工原料

成果代表方：凱賽生物

案例簡(jiǎn)介：

隨著石油資源日益匱乏，低碳環(huán)保的生物基材料備受關(guān)注，生物基尼龍成功“出圈”。凱賽生物主營(yíng)產(chǎn)品為系列生物法長(zhǎng)鏈二元酸和生物基戊二胺，以及系列生物基聚酰胺等相關(guān)產(chǎn)品，目前已實(shí)現(xiàn)從DC10到DC18系列長(zhǎng)鏈二元酸和生物基戊二胺的規(guī)模化生物制造。凱賽生物基于自產(chǎn)的生物基戊二胺與各種二元酸的縮聚，可得到系列PA5X生物基尼龍產(chǎn)品，形成不同性?xún)r(jià)比材料庫(kù)，適用于差異化的終端市場(chǎng)，完整布局了生物化工領(lǐng)域“基因工程——菌種培養(yǎng)——生物發(fā)酵——分離純化——聚合——應(yīng)用開(kāi)發(fā)”的全產(chǎn)業(yè)鏈，以生物法生產(chǎn)長(zhǎng)鏈二元酸，用生物基尼龍打開(kāi)生物材料的大場(chǎng)景應(yīng)用，全面替代化石基尼龍材料。

案例5：合成生物技術(shù)制備RNA納米農(nóng)藥 推動(dòng)綠色防控高質(zhì)量發(fā)展

核心應(yīng)用領(lǐng)域：生物農(nóng)業(yè)

成果代表方：硅羿科技

案例簡(jiǎn)介：

2022年，RNA農(nóng)藥列入《“十四五”全國(guó)農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》優(yōu)先發(fā)展目標(biāo)。硅羿科技是我國(guó)第一家RNA農(nóng)藥研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)。硅羿科技不僅掌握了多種微生物底盤(pán)細(xì)胞中合成RNA的能力，而且研發(fā)了RNA無(wú)細(xì)胞合成的關(guān)鍵酶，可以實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景需求的雙鏈大片段RNA的規(guī)模化生產(chǎn)。目前，硅羿科技共擁有專(zhuān)利總數(shù)50項(xiàng)，擁有10種以上在研產(chǎn)品，包括殺蟲(chóng)劑、殺菌劑、除草劑和種衣劑，已能實(shí)現(xiàn)在不同地區(qū)、為多種類(lèi)別的病蟲(chóng)害“量身定制”RNA納米藥物，粒子尺寸控制在100-200納米之間。

案例6：高效生物合成人乳寡糖 創(chuàng)新技術(shù)拓展食物來(lái)源

核心應(yīng)用領(lǐng)域：食品

成果代表方：一兮生物

案例簡(jiǎn)介：

人乳寡糖（HMOs）是人類(lèi)母乳中天然存在的，可應(yīng)用在嬰幼兒配方奶粉、特醫(yī)食品、功能性食品等領(lǐng)域。然而，除了人類(lèi)母乳之外，人乳寡糖缺乏其他天然來(lái)源，化學(xué)合成又存在差向異構(gòu)體等難題，生物合成成為突破的關(guān)鍵。一兮生物率先在國(guó)內(nèi)開(kāi)展人乳寡糖的產(chǎn)業(yè)化探索。其采用合成生物學(xué)技術(shù)，構(gòu)建了人乳寡糖的多個(gè)組分的全細(xì)胞合成體系，并將生產(chǎn)成本降低近一半，已成功走到工業(yè)化階段。此外，一兮生物還有多個(gè)產(chǎn)品處于研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中。其中飼用替代蛋白技術(shù)的產(chǎn)品已完成小試，正在進(jìn)行中試，預(yù)計(jì)2024年可以產(chǎn)業(yè)化。

案例7：合成生物技術(shù)帶動(dòng)美妝技術(shù)騰飛 小分子肽生物合成效率提高40倍

核心應(yīng)用領(lǐng)域：美妝個(gè)護(hù)

成果方：態(tài)創(chuàng)生物

案例簡(jiǎn)介：生物科技在美業(yè)的應(yīng)用已逐漸成為新趨勢(shì)，以態(tài)創(chuàng)生物為例，依托Tidetron?Altra平臺(tái)型菌株庫(kù)與元件庫(kù)，以及內(nèi)含肽標(biāo)簽定向進(jìn)化技術(shù)，態(tài)創(chuàng)生物實(shí)現(xiàn)了小分子肽的合成技術(shù)突破。在替代傳統(tǒng)合成方法的同時(shí)，并將單個(gè)肽的合成周期縮短至1-3個(gè)月，進(jìn)而提升其生產(chǎn)效率約40倍，最終完成近20種小分子肽的合成路徑開(kāi)發(fā)，相關(guān)成果已申請(qǐng)十?dāng)?shù)篇獨(dú)家專(zhuān)利。其搭建的小分子肽合成體系，為我國(guó)肽類(lèi)生物合成及工業(yè)化應(yīng)用開(kāi)拓了新思路。

案例8：利用“下一代工業(yè)生物技術(shù)”提高產(chǎn)效 PHA量產(chǎn)規(guī)模邁向萬(wàn)噸級(jí)

核心應(yīng)用領(lǐng)域：大宗商品

成果代表方：微構(gòu)工場(chǎng)

案例簡(jiǎn)介：

聚羥基脂肪酸酯（PHA）作為一類(lèi)來(lái)自微生物的天然高分子材料，可實(shí)現(xiàn)自然環(huán)境下的快速完全降解。微構(gòu)工場(chǎng)找到了一種生存于高溫環(huán)境的耐高鹽、高堿的高抗性嗜鹽菌——Halomonas?TD作為底盤(pán)細(xì)胞，并利用“下一代工業(yè)生物技術(shù)”，對(duì)嗜鹽菌進(jìn)行改造，使其更加適用于工業(yè)化生產(chǎn)，節(jié)省了設(shè)備投入，并可拓展秸稈、餐廚垃圾等作為原材料，進(jìn)一步提高產(chǎn)效，體現(xiàn)合成生物學(xué)綠色的生產(chǎn)模式。微構(gòu)工場(chǎng)的PHA項(xiàng)目于2021年籌建萬(wàn)噸PHA生產(chǎn)基地。此外，微構(gòu)工場(chǎng)還與安琪酵母建合資公司，在湖北宜昌啟動(dòng)建設(shè)年產(chǎn)三萬(wàn)噸PHA生產(chǎn)基地項(xiàng)目。

案例9：無(wú)血清培養(yǎng)基再降成本 細(xì)胞培養(yǎng)肉市場(chǎng)化又進(jìn)一步

核心應(yīng)用領(lǐng)域：食品

成果代表方：周子未來(lái)

案例簡(jiǎn)介：

經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)攻關(guān)，周子未來(lái)解決了細(xì)胞培養(yǎng)肉的多項(xiàng)技術(shù)難題，能用20天時(shí)間培養(yǎng)出重量超200g的細(xì)胞培養(yǎng)肉系列產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了肌脂細(xì)胞共培養(yǎng)、低成本無(wú)血清培養(yǎng)基、無(wú)載體細(xì)胞懸浮培養(yǎng)、基于多通道精準(zhǔn)控制的培養(yǎng)肉打印等多項(xiàng)技術(shù)突破。2022年11月28日，周子未來(lái)研發(fā)的細(xì)胞培養(yǎng)肉在百升級(jí)生物反應(yīng)器中完成種子細(xì)胞擴(kuò)大培養(yǎng)，這標(biāo)志著國(guó)內(nèi)細(xì)胞培養(yǎng)肉首次進(jìn)入百升級(jí)生物反應(yīng)器試生產(chǎn)階段，是中國(guó)細(xì)胞培養(yǎng)肉產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)化中的里程碑事件。

案例10：打造八大核心技術(shù)平臺(tái) 研發(fā)西格列汀關(guān)鍵中間體合成技術(shù)

核心領(lǐng)域：醫(yī)藥

成果代表方：弈柯萊生物

案例簡(jiǎn)介：

目前西格列汀已經(jīng)成為最主流的糖尿病藥物，每年的銷(xiāo)售額達(dá)到了數(shù)十億美元。然而，該藥物的合成專(zhuān)利技術(shù)長(zhǎng)期掌握在歐美手中，在研發(fā)端和生產(chǎn)端對(duì)國(guó)內(nèi)公司形成了雙重技術(shù)壁壘。弈柯萊生物通過(guò)不斷開(kāi)拓進(jìn)取，圍繞合成生物學(xué)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，近年來(lái)打造出了智能設(shè)計(jì)、酶工程、基因工程、細(xì)胞鑄造等八個(gè)核心技術(shù)平臺(tái)，以及臺(tái)州和重慶兩處產(chǎn)業(yè)化基地；通過(guò)自身的技術(shù)創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出西格列汀關(guān)鍵中間體的專(zhuān)利生產(chǎn)技術(shù)，突破了國(guó)外的封鎖，保障了該重磅藥物的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。2021年，其所研發(fā)的西格列汀仿制藥獲得國(guó)家藥品監(jiān)督管理局藥品審評(píng)中心（CDE）正式批準(zhǔn)。該藥物是CDE近年來(lái)批復(fù)的首個(gè)使用非水解酶類(lèi)生物合成的醫(yī)藥品種，也是自2020年初，四部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《推動(dòng)原料藥產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》鼓勵(lì)綠色技術(shù)制造后的首個(gè)獲批基于生物合成的醫(yī)藥品種。

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