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科学驿站 从人造食品到“细胞工厂” 合成生物学十大典型应用案例发布

2024-02-23 医疗器械

  3月28日,在由科技日报社与中国生物工程学会联合主办、广州市人民政府与广州市海珠区人民政府支持、态创生物科学技术(广州)有限公司承办的第一届中国绿色生物制造峰会上,《2022年中国合成生物学绿色应用与产业感知调研报告》(下称《报告》)正式发布。

  合成生物学被誉为第三次生物技术革命,目前已普遍的应用在医疗健康、绿色能源、日化美妆、生物基材料、食品消费等领域,展现出强大的产业应用潜力。麦肯锡多个方面数据显示,预计到2025年,合成生物学与生物制造的经济价值将达到1000亿美元,未来全球60%的物质生产可通过生物制造方式实现。

  据《报告》调研组统计,31个省(自治区、直辖市)中(不含港澳台),有18个省(市)将“合成生物”写进“十四五”规划,分别从平台建设、技术突破、产业应用等方面规划了合成生物学的发展路径。此外,我国制定的“双碳”战略为合成生物学提供了十分有利的发展环境。

  技术叠加政策双重加持,合成生物学领域近年来诞生了一批行业新星,初创企业不断涌现。年轻化成为合成生物学企业群像的一大显著特点。此外,来自产投界的力量也加速了初创公司数的迅速增加。据不完全统计,2022年,我国合成生物学领域的投融资频次和数额双双创新高,至少有43次投融资行为,将近每一周就会有一家公司获得新的融资;金额方面达到66亿元,创新高。

  为表达各地区合成生物学企业未来的发展潜力,调研组引进了“合成生物学潜力企业”指标,表示有潜力发展合成生物学或正在从事合成生物学业务的企业群体。调研组认为,公司的工商注册中,含有“生物科学技术”“合成生物”字眼的企业比较有潜力发展合成生物学。调研组统计了各地的潜力公司数,结果为:广东、上海、山东、江苏四省市潜力企业最多,其中广东超过10万家。

  《报告》调研组根据网络热度和企业活跃程度等,选取了100家领域内企业,从产品和技术维度展开微观分析。

  梳理结果显示,目前我国合成生物学企业大致上可以分为三大类:第一类是早已成立的传统化工、能源、医药企业,开始在合成生物学领域布局;第二类是基因工程和医疗等相关公司,尝试在小范围领域开展合成生物学应用;第三类是新成立的专注合成生物学的公司。三类公司有不一样的发展路径和研究专注领域,共同构筑合成生物学行业百花齐放的发展新格局。

  这一百家企业拥有三千余项专利,高度体现出了企业对专利的重视,布局在合成生物学不同的模块中,例如RNA编辑、发酵等。从产品分析来看,在“禁塑令”的政策的推动下,化工领域生物基新材料备受青睐,百家企业中,有13家企业在生物基可降解新材料产品方向进行布局。

  合成生物学在食品营养领域的应用逐年增加,可食用微生物合成蛋白、赤藓糖醇、食用益生菌、母乳低聚糖、细胞培养肉等产品成为合成生物学企业的关注重点。

  百家企业中,有12家企业涉及日化美妆领域,专注研究、生产透明质酸、重组胶原蛋白、小分子肽、小分子活性胶原、人参皂苷等多种产品原料。合成生物学正着力解决日化美妆领域的原料供应难题。

  此次调研的100家合成生物学企业有43家企业布局了医药领域,也是众多企业最为青睐、期待的行业。

  《报告》指出,新兴的合成生物学在农业领域展现出不俗的潜力,可以帮助提高农业生产力、改良作物、降低生产所带来的成本、实现可持续发展,带来农产品产能与营养价值的突破性增长。这将为世界性农业生产难题提供革命性解决方案,引领细胞农业、低碳农业和智能农业等新动能和新业态革命。

  《报告》指出,虽然21世纪以来合成生物学的学科建设、各分支的应用实践都得到了长足发展,但是在技术、产业应用、外部环境等方面,依然面临着诸多挑战,需要产学研各界携手共同面对。

  首先是技术难题。《报告》主要指出了“底盘菌株理性设计的技术门槛”和“试验成功到量产成功隔座山”两大技术难题。前者方面,合成生物学长期面临量产生物元件未被清晰表征、胞内代谢通路难以预测性设计等难题;后者方面,在工业级量产过程中,合成生物学仍面临如目标产物产率不稳定、染菌、功能修饰途径和分泌渠道缺乏、裂解纯化步骤繁琐及纯化成本高等问题。

  产业应用挑战方面。选品考验合成生物学领域公司的团队技术能力和市场认知。《报告》指出,“选品”意味着选择行业,正确的选品考验企业对于未来市场情形的判断,对公众认知、政策趋势、消费环境等多重维度的准确把握,即:“研发得了,产得出来,卖得出去”。此外,人才供应紧缺也正制约合成生物学行业发展。

  除了上述两个来自行业内部的挑战外,外部挑战方面,合成生物学依然存在伦理争议与舆论环境、公众认知、政策三个方面的挑战。《报告》建议合成生物学领域从业者担当起历史责任,守住安全生产关;大力做好公众科普工作,为行业发展赢得更多民意支持;实行多领域、多行业的政策协同,为合成生物学行业发展营造良好的政策环境。

  在综合考虑企业应用案例的技术成熟程度、市场反应情况、未来前景等因素,在专家组的评审论证后,《报告》评选出了合成生物学十大典型应用,覆盖了不同的领域,旨在以评选方式引领行业发展风向,推动行业健康稳定向好发展。

  华恒生物采用合成生物学技术,设计构建L-丙氨酸的生物合成途径,在国际上首创了能够在无氧环境下高效生产L-丙氨酸的“细胞工厂”,颠覆了传统的氨基酸有氧发酵生产模式,解决了对不可再生石化原料的依赖问题,生产的全部过程无二氧化碳排放,相比化工路线%,经济和环境效益显著。

  态创生物依托TidetronAltra平台型菌株库与元件库,以及内含肽标签定向进化技术,实现了小分子肽的合成技术突破;在替代传统合成方法的同时,将单个肽的合成周期缩短至1-3个月,进而提升其生产效率约40倍,最终完成近20种小分子肽的合成路径开发,相关成果已申请十数项独家专利。

  周子未来经过多年的技术攻关,解决了细胞培养肉的多项技术难题,能用20天时间培养出重量超200g的细胞培养肉系列新产品,实现了肌脂细胞共培养、低成本无血清培养基、无载体细胞悬浮培养、基于多通道精准控制的培养肉打印等多项技术突破。

  案例2:合成生物技术创建高效细胞工厂 丙氨酸绿色化学助力传统化工转变发展方式与经济转型

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