科技日報記者 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)新技術的突破都離不開合成生物技術。3月28日，在由科技日報社與中國生物工程學會聯(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綠色生物制造峰會上，《2022年中國合成生物學綠色應用與產(chǎn)業(yè)感知調(diào)研報告》（以下簡稱《報告》）正式發(fā)布，并評選出了國內(nèi)合成生物學“十大典型應用”。

(資料圖片僅供參考)

峰會評選出國內(nèi)合成生物學“十大典型應用”。主辦方供圖

近年來，得益于技術突破、政策支持等，被譽為第三次生物技術革命的合成生物學取得突破性發(fā)展，技術廣泛運用在醫(yī)療健康、綠色能源、日化美妝、生物基材料、食品消費等領域。麥肯錫數(shù)據(jù)顯示，預計到2025年，合成生物學與生物制造的經(jīng)濟價值將達到1000億美元，未來全球60%的物質(zhì)生產(chǎn)可通過生物制造方式實現(xiàn)。

在我國，合成生物產(chǎn)業(yè)正處于蓬勃發(fā)展階段。此次評選出的國內(nèi)合成生物學“十大典型應用”，涉及食品、美妝、化工、生物等多個領域。尤為突出的是，入選的“十大典型應用”企業(yè)呈現(xiàn)出年輕態(tài)、科技化特點。

2021年9月，中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所對外宣布，在淀粉人工合成方面取得突破性進展，首次實現(xiàn)二氧化碳到淀粉的合成，意味著可以在生產(chǎn)車間制造淀粉。該項成果是一項“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)展帶來變革性影響，入選本次“十大典型應用”案例。

動物源性膠原蛋白進入重組膠原蛋白階段，角鯊烯/角鯊烷的生物合成代替了鯊魚肝臟的提取，透皮肽技術為功效護膚提供了更多可能……生物合成技術正深刻地影響著美妝行業(yè)的技術革新與產(chǎn)業(yè)升級。

入選“十大典型應用”的態(tài)創(chuàng)生物，依托Tidetron?Altra平臺型菌株庫與元件庫，以及內(nèi)含肽標簽定向進化技術，實現(xiàn)了小分子肽的合成技術突破。在替代傳統(tǒng)合成方法的同時，將單個肽的合成周期縮短至1-3個月，進而提升其生產(chǎn)效率約40倍，最終完成近20種小分子肽的合成路徑開發(fā)，相關成果已申請十數(shù)篇獨家專利。其搭建的小分子肽合成體系，為我國肽類生物合成及工業(yè)化應用開拓了新思路。

據(jù)了解，該評選旨在引領行業(yè)發(fā)展風向，推動合成生物行業(yè)健康穩(wěn)定向好發(fā)展。

“十大典型應用”：

案例1：人工合成淀粉跨越式突破 合成生物學構建未來制造方式

核心應用領域：食品

成果代表方：中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所

案例簡介：科研人員用一種類似“搭積木”的方式，從頭設計出11步主反應的非自然二氧化碳固定與人工合成淀粉新途徑。實驗室測試顯示，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器年產(chǎn)淀粉量相當于5畝土地玉米種植的淀粉年平均產(chǎn)量。相關成果使淀粉生產(chǎn)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式向工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能，并為二氧化碳原料合成復雜分子提供了新技術路線。

案例2：合成生物技術創(chuàng)建高效細胞工廠 丙氨酸綠色化學助力傳統(tǒng)化工轉(zhuǎn)型升級

核心應用領域：化工原料

成果代表方：華恒生物

案例簡介：華恒生物以一種原來只能在醫(yī)藥、食品等高端領域應用的氨基酸——L-丙氨酸為目標產(chǎn)品，采用合成生物學技術，設計構建L-丙氨酸的生物合成途徑，在國際上首創(chuàng)了能夠在無氧環(huán)境下高效生產(chǎn)L-丙氨酸的“細胞工廠”，形成了從工業(yè)菌種創(chuàng)制技術、發(fā)酵過程智能控制技術到高效分離提取技術的核心專利群，實現(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 合成生物學助力“雙碳”目標

核心應用領域：生物科技

成果代表方：華熙生物

案例簡介：華熙生物以合成生物科技為驅(qū)動，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發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應用。如通過合成生物技術，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)在實驗室發(fā)酵產(chǎn)率達到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)在使用合成生物學的方式，實現(xiàn)了從毫克級到克級。

案例4：微生物菌株合成PA單體 開啟生物基尼龍大場景應用

核心應用領域：化工原料

成果代表方：凱賽生物

案例簡介：

隨著石油資源日益匱乏，低碳環(huán)保的生物基材料備受關注，生物基尼龍成功“出圈”。凱賽生物主營產(chǎn)品為系列生物法長鏈二元酸和生物基戊二胺，以及系列生物基聚酰胺等相關產(chǎn)品，目前已實現(xiàn)從DC10到DC18系列長鏈二元酸和生物基戊二胺的規(guī)?；镏圃?。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，形成不同性價比材料庫，適用于差異化的終端市場，完整布局了生物化工領域“基因工程——菌種培養(yǎng)——生物發(fā)酵——分離純化——聚合——應用開發(fā)”的全產(chǎn)業(yè)鏈，以生物法生產(chǎn)長鏈二元酸，用生物基尼龍打開生物材料的大場景應用，全面替代化石基尼龍材料。

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

核心應用領域：生物農(nóng)業(yè)

成果代表方：硅羿科技

案例簡介：

2022年，RNA農(nóng)藥列入《“十四五”全國農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》優(yōu)先發(fā)展目標。硅羿科技是我國第一家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細胞中合成RNA的能力，而且研發(fā)了RNA無細胞合成的關鍵酶，可以實現(xiàn)多場景需求的雙鏈大片段RNA的規(guī)?；a(chǎn)。目前，硅羿科技共擁有專利總數(shù)50項，擁有10種以上在研產(chǎn)品，包括殺蟲劑、殺菌劑、除草劑和種衣劑，已能實現(xiàn)在不同地區(qū)、為多種類別的病蟲害“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)新技術拓展食物來源

核心應用領域：食品

成果代表方：一兮生物

案例簡介：

人乳寡糖（HMOs）是人類母乳中天然存在的，可應用在嬰幼兒配方奶粉、特醫(yī)食品、功能性食品等領域。然而，除了人類母乳之外，人乳寡糖缺乏其他天然來源，化學合成又存在差向異構體等難題，生物合成成為突破的關鍵。一兮生物率先在國內(nèi)開展人乳寡糖的產(chǎn)業(yè)化探索。其采用合成生物學技術，構建了人乳寡糖的多個組分的全細胞合成體系，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，一兮生物還有多個產(chǎn)品處于研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化過程中。其中飼用替代蛋白技術的產(chǎn)品已完成小試，正在進行中試，預計2024年可以產(chǎn)業(yè)化。

案例7：合成生物技術帶動美妝技術騰飛 小分子肽生物合成效率提高40倍

核心應用領域：美妝個護

成果方：態(tài)創(chuàng)生物

案例簡介：生物科技在美業(yè)的應用已逐漸成為新趨勢，以態(tài)創(chuàng)生物為例，依托Tidetron?Altra平臺型菌株庫與元件庫，以及內(nèi)含肽標簽定向進化技術，態(tài)創(chuàng)生物實現(xiàn)了小分子肽的合成技術突破。在替代傳統(tǒng)合成方法的同時，并將單個肽的合成周期縮短至1-3個月，進而提升其生產(chǎn)效率約40倍，最終完成近20種小分子肽的合成路徑開發(fā)，相關成果已申請十數(shù)篇獨家專利。其搭建的小分子肽合成體系，為我國肽類生物合成及工業(yè)化應用開拓了新思路。

案例8：利用“下一代工業(yè)生物技術”提高產(chǎn)效 PHA量產(chǎn)規(guī)模邁向萬噸級

核心應用領域：大宗商品

成果代表方：微構工場

案例簡介：

聚羥基脂肪酸酯（PHA）作為一類來自微生物的天然高分子材料，可實現(xiàn)自然環(huán)境下的快速完全降解。微構工場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作為底盤細胞，并利用“下一代工業(yè)生物技術”，對嗜鹽菌進行改造，使其更加適用于工業(yè)化生產(chǎn)，節(jié)省了設備投入，并可拓展秸稈、餐廚垃圾等作為原材料，進一步提高產(chǎn)效，體現(xiàn)合成生物學綠色的生產(chǎn)模式。微構工場的PHA項目于2021年籌建萬噸PHA生產(chǎn)基地。此外，微構工場還與安琪酵母建合資公司，在湖北宜昌啟動建設年產(chǎn)三萬噸PHA生產(chǎn)基地項目。

案例9：無血清培養(yǎng)基再降成本 細胞培養(yǎng)肉市場化又進一步

核心應用領域：食品

成果代表方：周子未來

案例簡介：

經(jīng)過多年的技術攻關，周子未來解決了細胞培養(yǎng)肉的多項技術難題，能用20天時間培養(yǎng)出重量超200g的細胞培養(yǎng)肉系列產(chǎn)品，實現(xiàn)了肌脂細胞共培養(yǎng)、低成本無血清培養(yǎng)基、無載體細胞懸浮培養(yǎng)、基于多通道精準控制的培養(yǎng)肉打印等多項技術突破。2022年11月28日，周子未來研發(fā)的細胞培養(yǎng)肉在百升級生物反應器中完成種子細胞擴大培養(yǎng)，這標志著國內(nèi)細胞培養(yǎng)肉首次進入百升級生物反應器試生產(chǎn)階段，是中國細胞培養(yǎng)肉產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)化中的里程碑事件。

案例10：打造八大核心技術平臺 研發(fā)西格列汀關鍵中間體合成技術

核心領域：醫(yī)藥

成果代表方：弈柯萊生物

案例簡介：

目前西格列汀已經(jīng)成為最主流的糖尿病藥物，每年的銷售額達到了數(shù)十億美元。然而，該藥物的合成專利技術長期掌握在歐美手中，在研發(fā)端和生產(chǎn)端對國內(nèi)公司形成了雙重技術壁壘。弈柯萊生物通過不斷開拓進取，圍繞合成生物學技術的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應用，近年來打造出了智能設計、酶工程、基因工程、細胞鑄造等八個核心技術平臺，以及臺州和重慶兩處產(chǎn)業(yè)化基地；通過自身的技術創(chuàng)新，開發(fā)出西格列汀關鍵中間體的專利生產(chǎn)技術，突破了國外的封鎖，保障了該重磅藥物的國產(chǎn)化進程。2021年，其所研發(fā)的西格列汀仿制藥獲得國家藥品監(jiān)督管理局藥品審評中心（CDE）正式批準。該藥物是CDE近年來批復的首個使用非水解酶類生物合成的醫(yī)藥品種，也是自2020年初，四部門聯(lián)合發(fā)布《推動原料藥產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的指導意見》鼓勵綠色技術制造后的首個獲批基于生物合成的醫(yī)藥品種。

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