科技日报记者 叶青 何星辉 龙跃梅
二氧化碳人工合成淀粉、制备RNA纳米农药、小分子肽生物合成效率提高40倍……这些创新技术的突破都离不开合成生物技术。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、态创生物科技（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》（以下简称《报告》）正式发布，并评选出了国内合成生物学“十大典型应用”。
峰会评选出国内合成生物学“十大典型应用”。主办方供图
近年来，得益于技术突破、政策支持等，被誉为第三次生物技术革命的合成生物学取得突破性发展，技术广泛运用在医疗健康、绿色能源、日化美妆、生物基材料、食品消费等领域。麦肯锡数据显示，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。
在我国，合成生物产业正处于蓬勃发展阶段。此次评选出的国内合成生物学“十大典型应用”，涉及食品、美妆、化工、生物等多个领域。尤为突出的是，入选的“十大典型应用”企业呈现出年轻态、科技化特点。
2021年9月，中国科学院天津工业生物技术研究所对外宣布，在淀粉人工合成方面取得突破性进展，首次实现二氧化碳到淀粉的合成，意味着可以在生产车间制造淀粉。该项成果是一项“0到1”的原创性成果，将给下一代生物制造和农业发展带来变革性影响，入选本次“十大典型应用”案例。
动物源性胶原蛋白进入重组胶原蛋白阶段，角鲨烯/角鲨烷的生物合成代替了鲨鱼肝脏的提取，透皮肽技术为功效护肤提供了更多可能……生物合成技术正深刻地影响着美妆行业的技术革新与产业升级。
入选“十大典型应用”的态创生物，依托Tidetron Altra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篇独家专利。其搭建的小分子肽合成体系，为我国肽类生物合成及工业化应用开拓了新思路。
据了解，该评选旨在引领行业发展风向，推动合成生物行业健康稳定向好发展。
“十大典型应用”：
案例1：人工合成淀粉跨越式突破 合成生物学构建未来制造方式
核心应用领域：食品
成果代表方：中国科学院天津工业生物技术研究所
案例简介：科研人员用一种类似“搭积木”的方式，从头设计出11步主反应的非自然二氧化碳固定与人工合成淀粉新途径。实验室测试显示，人工合成淀粉的速率是自然淀粉合成速率的8.5倍。按照目前的技术参数推算，在能量供给充足条件下，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩土地玉米种植的淀粉年平均产量。相关成果使淀粉生产的传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能，并为二氧化碳原料合成复杂分子提供了新技术路线。
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型升级
核心应用领域：化工原料
成果代表方：华恒生物
案例简介：华恒生物以一种原来只能在医药、食品等高端领域应用的氨基酸——L-丙氨酸为目标产品，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”，形成了从工业菌种创制技术、发酵过程智能控制技术到高效分离提取技术的核心专利群，实现了低碳、环保的大规模商业化生产。
案例3：赋能生物活性物质原料 合成生物学助力“双碳”目标
核心应用领域：生物科技
成果代表方：华熙生物
案例简介：华熙生物以合成生物科技为驱动，主要聚焦在功能糖、蛋白质、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开发和产业化应用。如通过合成生物技术，华熙生物透明质酸的产量有了非常高的提升，从16-17g/L的发酵产率，到现在实验室发酵产率达到73g/L。之前使用发酵的方式生产麦角硫因，发酵水平非常低，现在使用合成生物学的方式，实现了从毫克级到克级。
案例4：微生物菌株合成PA单体 开启生物基尼龙大场景应用
核心应用领域：化工原料
成果代表方：凯赛生物
案例简介：
随着石油资源日益匮乏，低碳环保的生物基材料备受关注，生物基尼龙成功“出圈”。凯赛生物主营产品为系列生物法长链二元酸和生物基戊二胺，以及系列生物基聚酰胺等相关产品，目前已实现从DC10到DC18系列长链二元酸和生物基戊二胺的规模化生物制造。凯赛生物基于自产的生物基戊二胺与各种二元酸的缩聚，可得到系列PA5X生物基尼龙产品，形成不同性价比材料库，适用于差异化的终端市场，完整布局了生物化工领域“基因工程——菌种培养——生物发酵——分离纯化——聚合——应用开发”的全产业链，以生物法生产长链二元酸，用生物基尼龙打开生物材料的大场景应用，全面替代化石基尼龙材料。
案例5：合成生物技术制备RNA纳米农药 推动绿色防控高质量发展
核心应用领域：生物农业
成果代表方：硅羿科技
案例简介：
2022年，RNA农药列入《“十四五”全国农药产业发展规划》优先发展目标。硅羿科技是我国第一家RNA农药研发和生产企业。硅羿科技不仅掌握了多种微生物底盘细胞中合成RNA的能力，而且研发了RNA无细胞合成的关键酶，可以实现多场景需求的双链大片段RNA的规模化生产。目前，硅羿科技共拥有专利总数50项，拥有10种以上在研产品，包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂和种衣剂，已能实现在不同地区、为多种类别的病虫害“量身定制”RNA纳米药物，粒子尺寸控制在100-200纳米之间。
案例6：高效生物合成人乳寡糖 创新技术拓展食物来源
核心应用领域：食品
成果代表方：一兮生物
案例简介：
人乳寡糖（HMOs）是人类母乳中天然存在的，可应用在婴幼儿配方奶粉、特医食品、功能性食品等领域。然而，除了人类母乳之外，人乳寡糖缺乏其他天然来源，化学合成又存在差向异构体等难题，生物合成成为突破的关键。一兮生物率先在国内开展人乳寡糖的产业化探索。其采用合成生物学技术，构建了人乳寡糖的多个组分的全细胞合成体系，并将生产成本降低近一半，已成功走到工业化阶段。此外，一兮生物还有多个产品处于研发和产业化过程中。其中饲用替代蛋白技术的产品已完成小试，正在进行中试，预计2024年可以产业化。
案例7：合成生物技术带动美妆技术腾飞 小分子肽生物合成效率提高40倍
核心应用领域：美妆个护
成果方：态创生物
案例简介：生物科技在美业的应用已逐渐成为新趋势，以态创生物为例，依托Tidetron Altra平台型菌株库与元件库，以及内含肽标签定向进化技术，态创生物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，并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篇独家专利。其搭建的小分子肽合成体系，为我国肽类生物合成及工业化应用开拓了新思路。
案例8：利用“下一代工业生物技术”提高产效 PHA量产规模迈向万吨级
核心应用领域：大宗商品
成果代表方：微构工场
案例简介：
聚羟基脂肪酸酯（PHA）作为一类来自微生物的天然高分子材料，可实现自然环境下的快速完全降解。微构工场找到了一种生存于高温环境的耐高盐、高碱的高抗性嗜盐菌——Halomonas TD作为底盘细胞，并利用“下一代工业生物技术”，对嗜盐菌进行改造，使其更加适用于工业化生产，节省了设备投入，并可拓展秸秆、餐厨垃圾等作为原材料，进一步提高产效，体现合成生物学绿色的生产模式。微构工场的PHA项目于2021年筹建万吨PHA生产基地。此外，微构工场还与安琪酵母建合资公司，在湖北宜昌启动建设年产三万吨PHA生产基地项目。
案例9：无血清培养基再降成本 细胞培养肉市场化又进一步
核心应用领域：食品
成果代表方：周子未来
案例简介：
经过多年的技术攻关，周子未来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。2022年11月28日，周子未来研发的细胞培养肉在百升级生物反应器中完成种子细胞扩大培养，这标志着国内细胞培养肉首次进入百升级生物反应器试生产阶段，是中国细胞培养肉产业化、工业化中的里程碑事件。
案例10：打造八大核心技术平台 研发西格列汀关键中间体合成技术
核心领域：医药
成果代表方：弈柯莱生物
案例简介：
目前西格列汀已经成为最主流的糖尿病药物，每年的销售额达到了数十亿美元。然而，该药物的合成专利技术长期掌握在欧美手中，在研发端和生产端对国内公司形成了双重技术壁垒。弈柯莱生物通过不断开拓进取，围绕合成生物学技术的开发和产业化应用，近年来打造出了智能设计、酶工程、基因工程、细胞铸造等八个核心技术平台，以及台州和重庆两处产业化基地；通过自身的技术创新，开发出西格列汀关键中间体的专利生产技术，突破了国外的封锁，保障了该重磅药物的国产化进程。2021年，其所研发的西格列汀仿制药获得国家药品监督管理局药品审评中心（CDE）正式批准。该药物是CDE近年来批复的首个使用非水解酶类生物合成的医药品种，也是自2020年初，四部门联合发布《推动原料药产业绿色发展的指导意见》鼓励绿色技术制造后的首个获批基于生物合成的医药品种。
