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合成生物學驅動新質生產力
發布時間:2024-05-29

最近“新質生產力”爆火!“生物制造”也成為熱搜名詞!新質生產力是什么?生物制造又是什么?兩者有什么聯系?跟著小編來一探究竟~



什么是新質生產力?

新質生產力是由技術革命性突破、生產要素創新性配置、產業深度轉型升級而催生的當代先進生產力。其特點是創新,關鍵在優質,本質是先進生產力。


2024年政府工作報告中指出 “加快前沿新興氫能、新材料、創新藥等產業發展, 積極打造生物制造、商業航天、低空經濟等新增長引擎”。其中,生物制造作為生物技術領域的重要分支,正逐漸成為推動經濟增長和產業升級的重要力量。


什么是生物制造?

生物制造是一種利用生物系統(如微生物、動植物、酶或體外合成酶系統)來生產在農業、食品、材料、能源和制藥行業中具有商業重要性的生物分子的生產方式。生物制造作為新質生產力和戰略性新興產業的重要方向之一,正在逐步成為先進制造業的核心構成。

生物制造平臺根據生物催化劑種類可以分為基于細胞工廠的微生物發酵、基于酶分子的生物催化和基于多酶分子機器的體外生物轉化。


合成生物學

底層技術進步推動生物制造成本降低

合成生物學通過設計和構建新的人工生物途徑或改造現有自然生物系統,來解決人類面臨的食品缺乏、能源緊缺、環境污染、醫療健康等問題。合成生物學的技術邏輯基于DBTL(設計-構建-測試-學習)的循環迭代過程。在生物制造方向,其目的是持續提升微生物性能,打破最終產物的生產瓶頸


過去獲取高產菌種主要依賴于篩選和誘變育種的方式,這種“以時間或人力換水平”的非理性策略,耗時且效率低。隨著基因測序、基因合成、基因編輯等關鍵底層技術進步和成本的不斷降低,研究人員對DNA、RNA、蛋白質和細胞表型的設計和改造能力顯著提升。通過工程化手段,可更精確地構建微生物工廠,更高效的生產出所需產物。


這種合成生物制造的方式不僅提高了生產效率和產物的質量,還降低了生產成本,為各個行業帶來新的發展機遇!



生物醫藥領域



2006年4月, Jay Keasling的團隊成功地在面包酵母中構建了青蒿酸的生物合成途徑,使其產生出100毫克/升的青蒿酸。通過基因編輯和基因表達調控等技術,對酵母中MVA途徑代謝調控關系的調整,關鍵基因表達量的優化,前提物FPP代謝支路的削弱,結合氧化酶CYP71AV1的表達,研究團隊成功構建生產青蒿酸的酵母菌株。


改造后的“生物工廠”重建了青蒿素的生物合成途徑,能夠高效地將簡單的碳源轉化為青蒿酸,從而提高青蒿素的生產效率和產量。為之后研究青蒿素半合成(微生物合成+化學合成)重大突破打下基礎。2013年,世界衛生組織批準微生物合成的青蒿素作為臨床藥物使用。這種藥物微生物生產成本降到了從植物中提取的十分之一。

從燒瓶中的酵母到40噸青蒿素藥物,通過生物制造生產青蒿素是合成生物學在現實世界中第一個重大成就。


傳統的生產方法依賴于從青蒿植物中提取,這受限于植物生長周期、產量和提取效率。隨著合成生物學的發展,科學家們開始利用合成生物學技術,通過生物制造的方式生產青蒿素。


基因“讀”、“寫”、“編”底層技術為生物制造青蒿素提供了強有力的支持,為全球抗擊瘧疾提供了穩定、高效的藥物來源。這些技術的應用展示了合成生物學在生物醫藥領域的巨大潛力和廣闊前景。



醫美領域



通過生物制造的方式獲得高產量的重組膠原蛋白,極大滿足了現今市場上膠原蛋白需求供不應求的缺口。


基因工程重組膠原蛋白是將人體膠原蛋白基因進行特定序列設計、酶切和拼接、連接載體后轉入宿主細胞內,包括微生物、動物和植物等,再進行發酵誘導表達生產的膠原蛋白或類似物的技術。相比傳統動物提取方式,生物制造重組膠原蛋白在原料來源、生物相容性、生產效率和成本,以及環境影響等方面都具有顯著的優勢。


隨著國家政策、產業及資本對重組膠原蛋白領域的聚焦,合成生物學技術成為重組膠原蛋白研發的制勝法寶。目前,部分類型的重組膠原蛋白已成功進行商業化開發與生產,各類相關研究也在日趨深入。生物制造突破傳統生產方式的局限,是推動經濟增長和產業升級的重要力量,未來潛力無限。


泓迅生物“新質生產力”

合成生物學賦能技術平臺

泓迅生物已成功搭建全面的合成生物學賦能技術平臺。通過DBTL(設計-構建-測試-學習)循環過程,能成功構建特定需求的穩轉細胞株,生產出符合市場需求的產品,賦能下游應用開發進程及商業化落地。

泓迅生物在“新質生產力”的驅動下,探索新的研發方向和技術創新,為重組膠原蛋白開發應用創造更多可能! 領先的設計與先進的制造為您提供醫美活性成分AAI膠原蛋白合成生物學解決方案。


未來展望

目前,微生物細胞工廠的構建與優化仍存在著許多挑戰。微生物目標合成途徑的強化會受到細胞本身復雜的代謝調控網絡的限制;另一方面,工業發酵環境通常包括高溫、氧化、pH波動、高滲透壓、有機溶劑、重金屬等因素,嚴重影響微生物的生長和生產。


基因底層技術結合“DBTL”策略對代謝途徑進行動態調控使目標產物的產量最大化,提高生物制造過程的智能性,是優化微生物細胞工廠的一致方向。合成生物學作為推動生物制造領域革新的重要引擎,正引領著行業向著更高、更遠的領域邁進。


期待在新質生產力的加持下,實現從生物制造到生物智造的跨越,促進我們在技術創新、成本降低和效率提升等方面的全面進步。


References

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