光玥生物倪?。喝绾巫龅谌铣缮锛夹g(shù) |連線創(chuàng)始人
原創(chuàng)
2024-03-10 21:53 星期日
財(cái)聯(lián)社記者 徐紅
①2024年政府工作報(bào)告提出“積極打造生物制造、商業(yè)航天、低空經(jīng)濟(jì)等新增長引擎”,“生物制造”首次被寫入政府工作報(bào)告;
②目前在全球范圍內(nèi),第一代合成生物技術(shù)仍是主流,但積極布局二代、三代技術(shù)的企業(yè)也在慢慢增多。

《科創(chuàng)板日報(bào)》3月10日訊(記者 徐紅)作為近年來霸屏投資圈的當(dāng)紅概念,合成生物制造離我們很遠(yuǎn),也很近。

一方面,從L-丙氨酸、1,3-丙二醇等生物基化工品,到人造肉、醫(yī)美用玻尿酸、護(hù)膚品原料角鯊?fù)?.....基于生物合成法生產(chǎn)的產(chǎn)品正在越來越頻繁地走入我們的日常生活,輻射醫(yī)療健康、化工、能源、材料、食品消費(fèi)、美妝護(hù)膚、農(nóng)業(yè)等眾多細(xì)分領(lǐng)域。

但與此同時(shí),合成生物技術(shù)又有著天方夜譚般不真實(shí)的一面:“空氣不僅可以變面條,還能變油、變葡萄糖”、“一種在市場上頗受歡迎的魚飼料蛋白,竟然是用鋼鐵廠煉鋼時(shí)產(chǎn)生的工業(yè)尾氣生產(chǎn)出來的”......近年來,類似這樣的新聞可謂層出不窮。

生物制造如何能從現(xiàn)實(shí)走向超現(xiàn)實(shí)?2024年,隨著新質(zhì)生產(chǎn)力成為開年熱詞,《科創(chuàng)板日報(bào)》聚焦合成生物。

▌生物合成新高度:憑空造物

“如果人類某種意義上可以獲得近乎無限的能源,是否可以以此憑空制造物品?”在網(wǎng)上曾有人這樣問道。

“憑空造物”的想法看似天馬行空,但實(shí)際上并非遙不可及的一個(gè)夢。

近年來,合成生物學(xué)最激動(dòng)人心的一項(xiàng)成果莫過于二氧化碳人工合成淀粉。2021年9月24日,中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所宣布,成功在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的人工全合成。這在國際上是首次,相關(guān)成果并在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

眾所周知,淀粉是糧食最主要的成分,也是人類最主要的食物來源。但農(nóng)作物的種植通常需要比較長的周期,同時(shí)還需要使用大量土地、淡水等資源,以及肥料、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料。二氧化碳則是大氣中的主要溫室氣體之一,也是存量幾近無限的碳資源。

因此,如果能夠不依賴作物種植,使用空氣中的二氧化碳就能合成淀粉,這對于糧食安全和氣候變化都會(huì)有著非常巨大的意義。

在合成生物領(lǐng)域,類似這樣“憑空造物”的場景其實(shí)還有很多,有一些甚至已經(jīng)走出了實(shí)驗(yàn)室。 “憑空造物”,也可以說是第三代合成生物技術(shù)希望達(dá)到的高度。

所謂第三代合成生物制造技術(shù),就是在風(fēng)能、光能、水能等可再生能源驅(qū)動(dòng)下,以CO?、甲烷、CO等一碳化合物做為原料,去實(shí)現(xiàn)高附加值產(chǎn)品的生物合成?!鄙虾9猥h生物科技有限公司創(chuàng)始人、上海交通大學(xué)生命學(xué)院/張江高等研究院特別研究員、長聘教軌副教授倪俊告訴《科創(chuàng)板日報(bào)》記者,合成生物技術(shù)歷經(jīng)三代革新,而三代技術(shù)的核心區(qū)別就在于煉制原料的不同。

其中,第一代技術(shù)以葡萄糖及油脂等有機(jī)碳源為原料,主要依賴玉米等糧食或甘蔗等經(jīng)濟(jì)作物進(jìn)行生產(chǎn),因此存在與人爭糧的問題。第二代技術(shù)的原料發(fā)展為非糧食類生物質(zhì),包括谷物秸稈、甘蔗渣等。

“目前在全球范圍內(nèi),第一代合成生物技術(shù)仍是主流,但積極布局二代、三代技術(shù)的企業(yè)也在慢慢增多?!蹦呖「嬖V《科創(chuàng)板日報(bào)》記者。

▌吃CO?的藍(lán)藻細(xì)胞工廠

合成生物制造,有別于傳統(tǒng)的化學(xué)制造,由于其生產(chǎn)過程具有清潔、高效、可再生等特點(diǎn),被認(rèn)為具有引領(lǐng)“第四次工業(yè)革命”的潛力,因此成為世界各國競爭的熱點(diǎn)。據(jù)麥肯錫McKinsey統(tǒng)計(jì),生物制造的產(chǎn)品可以覆蓋70%化學(xué)制造的產(chǎn)品,并在繼續(xù)拓展邊界。

在我國,生物制造同樣被列為重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),是提升新質(zhì)生產(chǎn)力的重要手段之一。

2024年政府工作報(bào)告提出“積極打造生物制造、商業(yè)航天、低空經(jīng)濟(jì)等新增長引擎”,這是“生物制造”首次被寫入政府工作報(bào)告。自2018年以來亦有相關(guān)支持政策密集出臺,廣東、湖北、山西、江蘇、北京、上海、天津、深圳、杭州等多個(gè)省、市紛紛發(fā)布了合成生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。

乘著政策東風(fēng),這個(gè)產(chǎn)業(yè)開始迎來越來越多的參與者。毗鄰上海交通大學(xué),坐落于淡水河畔科技園一隅,上海光玥生物科技有限公司(下稱“光玥生物”)正是其中的一家初創(chuàng)企業(yè),也是國內(nèi)為數(shù)不多的正在開發(fā)第三代合成生物技術(shù)的企業(yè)。

傳統(tǒng)的細(xì)胞工廠主要是改造大腸桿菌、酵母菌等,而光玥生物轉(zhuǎn)而開發(fā)了基于光合微生物發(fā)展起來的光合細(xì)胞工廠(如藍(lán)藻細(xì)胞工廠),光合細(xì)胞工廠不再使用葡萄糖作為底物,而是直接利用太陽能驅(qū)動(dòng)CO?來合成產(chǎn)物,這就是光玥生物的“光驅(qū)動(dòng)合成生物技術(shù)”。

這樣的光合細(xì)胞工廠非常適合用來合成植物天然產(chǎn)物。以往,人們需要植物天然化合物時(shí),通常是經(jīng)植物提取。但大多植物體內(nèi)化合物的含量較低、難以大量獲得,并且在提取過程中還會(huì)面臨植物體內(nèi)化合物結(jié)構(gòu)相似、難以分離等其他困難。

但現(xiàn)在,“只要對藍(lán)藻進(jìn)行改造,引入不同植物的代謝途徑,就相當(dāng)于把藍(lán)藻變成了‘人參’、‘葡萄’等植物,藍(lán)藻也因此有了合成人參皂苷、白藜蘆醇等天然產(chǎn)物的能力?!蹦呖∠蛴浾呓榻B道。

“將排放出的二氧化碳進(jìn)行回收利用,這才是合成生物學(xué)的發(fā)展方向和使命所在?!蹦呖≌J(rèn)為,而使用“藍(lán)藻工廠”后,每生產(chǎn)一噸白藜蘆醇,不僅可以相應(yīng)縮短生產(chǎn)周期240倍,節(jié)約土地72750畝,還能吸收二氧化碳超過兩千噸,實(shí)現(xiàn)了真正的綠色合成。

▌生萬物:不止是天然產(chǎn)物

雖然這樣的光合細(xì)胞工廠經(jīng)改造后,就能“一鍵生成”想要的目標(biāo)產(chǎn)物,但實(shí)際總會(huì)比理論更加復(fù)雜?!熬秃帽葘⑺饕牒拥?,它并不會(huì)按照你設(shè)想的那樣只流向主干道,除了干流外,還會(huì)有很多的支流?!?/p>

“細(xì)胞工廠的生產(chǎn)同樣是如此,雖然路可以走通,但能不能達(dá)到你想要的產(chǎn)量,讓你用比較低的成本去完成生產(chǎn),這些問題可能需要我們花更多的時(shí)間去解決。通過不斷地調(diào)整,把藍(lán)藻的合成效率提到更高?!蹦呖「嬖V記者,因?yàn)槿绻a(chǎn)量不夠,意味著產(chǎn)品不具備足夠的經(jīng)濟(jì)性,也就無法商業(yè)化落地。

目前,光玥生物主要聚焦于苯丙烷類天然產(chǎn)物的生產(chǎn),這類植物天然產(chǎn)物是最主要的抗氧化、抗衰、抑菌和美白成分,涵蓋千余種消費(fèi)品原料。

倪俊稱,對比傳統(tǒng)的細(xì)胞工廠,用光合細(xì)胞工廠去生產(chǎn)天然產(chǎn)物會(huì)有很多優(yōu)勢,比如在大腸桿菌或酵母菌中很難表達(dá)植物來源的酶,但用光合自養(yǎng)微生物就可以。事實(shí)上,現(xiàn)在通過光合細(xì)胞工廠獲得的天然產(chǎn)物,有很多在產(chǎn)量上已經(jīng)可以超過大腸酵母等工業(yè)微生物。

不過,光合細(xì)胞工廠也有力所不及的地方,比如現(xiàn)在還沒有擁有很好的工業(yè)化生產(chǎn)大宗化學(xué)品的能力。而通過傳統(tǒng)的生物合成法,包括長鏈二元酸、乙醇、1,4-丁二醇、異丁醇、1,3-丙二醇、異丁烯、L-丙氨酸等在內(nèi)的很多大宗化學(xué)品都已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。大宗化學(xué)品通常有著更為廣闊的應(yīng)用市場。

就此,倪俊指出,光合細(xì)胞工廠并非不能生產(chǎn)大宗化學(xué)品,只是在現(xiàn)階段,其產(chǎn)量及生產(chǎn)成本仍然夠不上量產(chǎn)的門檻。 他表示,“利用光驅(qū)動(dòng)合成生物平臺合成高附加值的天然產(chǎn)物,一般在10g/L以內(nèi)就可以量產(chǎn),但合成大宗化學(xué)品,例如乳酸,基本上要做到幾倍以上的量才有應(yīng)用的意義”。

但隨著底層技術(shù)的不斷優(yōu)化,特別是隨著細(xì)胞工廠快速將二氧化碳轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的能力的提高,倪俊認(rèn)為,這些都將不在話下。

“包括還要提高二氧化碳的固定效率,以及能量(光能)的利用效率,這是光驅(qū)動(dòng)合成生物技術(shù)需要解決的最底層的兩個(gè)問題。只有底層壘得足夠高,后續(xù)才有進(jìn)一步往前推的可能?!蹦呖≌f,光玥生物雖然在這上面做了很多工作,但依然還有不少可以提高的空間。

比如說,光玥生物改造出了可以生產(chǎn)蔗糖和甘油的藍(lán)藻,經(jīng)過幾年時(shí)間的努力,目前這兩種物質(zhì)的產(chǎn)量也都已經(jīng)從不到1g/L提高到了10g/L以上?!叭绻苓_(dá)到接近百克的水平,也就是在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上再提高大概兩三倍,那么差不多就具備了足夠的經(jīng)濟(jì)性?!蹦呖「嬖V《科創(chuàng)板日報(bào)》記者。

這也是繼開發(fā)以二氧化碳為原料的“負(fù)碳細(xì)胞工廠”之后,倪俊的另一個(gè)夢想,那就是用更低的成本去生產(chǎn)甘油等通用型碳源——目前在生物合成中需求量最大的基礎(chǔ)原料,助力合成生物產(chǎn)業(yè)未來更好的發(fā)展。

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