合成生物学的火爆源自其“造物”属性,这项技术不仅仅能够颠覆传统的动物提取、植物提取、化学合成的生产模式,轻松获得人类所需的各种物质,更对环境友好,降本增效,在绿色可持续发展方面具备重要意义。

近年来,合成生物技术已逐步渗透至化工能源、医疗健康、消费品、食品、农业等诸多领域,市场快速扩容,前景广阔。据弗若斯特沙利文(Frost&Sullivan)预测,到2027年合成生物的全球市场规模将达到387.3亿美元。

在合成生物发展如火如荼的过程中,一个“有趣”的现象是,不少国内表现突出的合成生物企业,都同样属于“发酵大厂”。比如近期发布的2023合成生物学产业价值金榜位列前三的合成生物企业凯赛生物、华恒生物、华熙生物都在微生物发酵技术方面更胜一筹。凯赛生物是用微生物发酵方法生产长链二元酸、华恒生物是用微生物厌氧发酵规模化生产L-丙氨酸,华熙生物则是通过微生物发酵技术规模化生产透明质酸。

所谓微生物发酵是指利用微生物,在适宜的条件下,将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。

最早的微生物发酵技术可以追溯到几千年前的酿酒业,在古代酿酒师们已经开始利用酵母发酵来制作酒类。后来人们通过微生物来生产面包、醋、酱油等产品,这就是早期的微生物发酵,也是*代生物科技。

从1970-1980年始,随着技术的发展,人们开始在自然界中寻找微生物来获得所需要的各种物质。这一阶段的主要特点是通过自然菌进行微生物发酵,被称为定向发酵,也是第二代生物科技,我们熟悉的柠檬酸、味精、透明质酸等物质都可以通过定向发酵来获得。然而,自然菌种的发现具有较大的不确定性,需要耗费较长的时间周期,有的甚至长达几年,而且自然菌种的生产效率有一定的局限性和天花板。

2000年以后,跨学科发展迅速,基因测序、基因合成、基因编辑、量子技术、高速计算机、高通量等新技术崛起,人们开始通过合成生物技术对菌种的基因进行编辑、改造,以得到我们需要的细胞工厂,继而获取想要的各种物质。而通过合成生物技术获得的细胞工厂,生产效率更高,生产过程也更加绿色环保。过去通过动植物提取、化学合成等传统生产方式生产成本较高、碳排较大,或者难以大量获得的物质,都可以通过合成生物技术获得。

比如过去需要5万亩种植黄花蒿提取的青蒿素,现在只需要100立方米的细胞工厂就能进行同等生产,无需种植黄花蒿。过去需要动物组织中提取的胶原蛋白,现在可以通过合成生物技术获得“重组人源胶原蛋白”,并已经广泛应用于护肤品等产品中。过去不具备提取条件的母乳中所含有的营养物质“人乳寡糖”,现在通过合成生物技术就可以轻松获得,且纯度高……

不仅仅是这些,未来人类生活中所需要的80%的物质都有望通过合成生物技术实现生产,覆盖衣食住行医用等各个场景和领域。

可以说,合成生物技术的发展落地,离不开微生物发酵技术奠定的生物技术基础。而通过合成生物技术,微生物发酵技术则得以实现进一步的升级,及更高效的生产。因此,有业内观点称“合成生物技术为微生物发酵技术插上翅膀”。

事实上,任何一项技术都必然地在生产过程中表现为一个分工环节,并且不能脱离相应的协作生产过程而存在。也就是说,技术研发和创新仅仅是*步,后面还需要实现产业化和商业化,才能真正转化成生产力。

合成生物技术的“助跑”,仅仅是完成了前端菌种的设计和改造,在此基础上,微生物发酵的产业化的过程还包括发酵、分离、纯化、精制等中后端的工艺流程,每一个流程环节都必不可少,且关系着最终的产品质量、产业化水平的高低。

因此,合成生物技术的发展落地考验的是对研发、产业转化能力的综合把控。毫无疑问,“发酵大厂”掌握微生物发酵技术,经验丰富,做合成生物产业的研究和生产更加“靠谱”,更具优势。但是,在这一过程中,要真正具备强大的产业化能力,才能够走在合成生物产业发展前沿。

以华熙生物为例,作为我国较早进行合成生物布局的企业之一,华熙生物从事微生物发酵起家,是我国最早实现微生物发酵规模化生产透明质酸的企业,产业化水平领跑全球。多年来华熙生物在微生物发酵领域积累了丰富经验,在微生物发酵的规模化量产、提纯、生产成品等环节具备较强的优势,搭建了微生物发酵平台,并拥有经验丰富的研发和产业化人才,为其合成生物战略布局和落地提供支撑。

其中,不容忽视的是,华熙生物在产业转化方面的优势凸显。其建成了全球*的中试转化平台,规划64条中试生产线多条中试生产线投入使用。这一中试转化平台采用“柔性化生产”的模式,能够满足不同物质对不同中试流程的要求,并快速实现产业转化,解决了合成生物产业转化过程中的“中试”难题。

目前,依托微生物发酵平台及产业化优势,华熙生物已经开发出一系列生物活性物产品,其中仅透明质酸原料就拥有200余规格产品。而通过合成生物技术,华熙生物已推出新一代微分子透明质酸Hybloom™微真和Bioyouth™-EGT Pure超纯麦角硫因等原料产品。同时,红景天苷、葡糖苷、人乳寡糖和肌肽等物质也已进入中试阶段。

“中国合成生物产业的主要优势在于后端的发酵和下游的产业链。”有业内人士指出。作为发酵大国,中国企业在合成生物领域已占先机。然而,“相较于国外,同时我们还要加强前端的设计和改造的积累。”该业内人士强调。

合成生物的新赛道一片光明,但也风高浪大。真正走向合成生物的产业未来,中国企业依旧任重而道远。

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