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合成生物學驅(qū)動新質(zhì)生產(chǎn)力
發(fā)布時間:2024-05-29

最近“新質(zhì)生產(chǎn)力”爆火!“生物制造”也成為熱搜名詞!新質(zhì)生產(chǎn)力是什么?生物制造又是什么?兩者有什么聯(lián)系?跟著小編來一探究竟~



什么是新質(zhì)生產(chǎn)力?

新質(zhì)生產(chǎn)力是由技術革命性突破、生產(chǎn)要素創(chuàng)新性配置、產(chǎn)業(yè)深度轉(zhuǎn)型升級而催生的當代先進生產(chǎn)力。其特點是創(chuàng)新,關鍵在優(yōu)質(zhì),本質(zhì)是先進生產(chǎn)力。


2024年政府工作報告中指出 “加快前沿新興氫能、新材料、創(chuàng)新藥等產(chǎn)業(yè)發(fā)展, 積極打造生物制造、商業(yè)航天、低空經(jīng)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(jīng)濟增長和產(chǎn)業(yè)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(tǒng)(如微生物、動植物、酶或體外合成酶系統(tǒng))來生產(chǎn)在農(nóng)業(yè)、食品、材料、能源和制藥行業(yè)中具有商業(yè)重要性的生物分子的生產(chǎn)方式。生物制造作為新質(zhì)生產(chǎn)力和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要方向之一,正在逐步成為先進制造業(yè)的核心構成。

生物制造平臺根據(jù)生物催化劑種類可以分為基于細胞工廠的微生物發(fā)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(zhuǎn)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(xiàn)有自然生物系統(tǒng),來解決人類面臨的食品缺乏、能源緊缺、環(huán)境污染、醫(yī)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(huán)迭代過程。在生物制造方向,其目的是持續(xù)提升微生物性能,打破最終產(chǎn)物的生產(chǎn)瓶頸。


過去獲取高產(chǎn)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(zhì)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(chǎn)出所需產(chǎn)物。


這種合成生物制造的方式不僅提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)物的質(zhì)量,還降低了生產(chǎn)成本,為各個行業(yè)帶來新的發(fā)展機遇!



生物醫(yī)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(chǎn)生出100毫克/升的青蒿酸。通過基因編輯和基因表達調(diào)控等技術,對酵母中MVA途徑代謝調(diào)控關系的調(diào)整,關鍵基因表達量的優(yōu)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(chǎn)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(zhuǎn)化為青蒿酸,從而提高青蒿素的生產(chǎn)效率和產(chǎn)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(wèi)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(chǎn)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(chǎn)青蒿素是合成生物學在現(xiàn)實世界中第一個重大成就。


傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法依賴于從青蒿植物中提取,這受限于植物生長周期、產(chǎn)量和提取效率。隨著合成生物學的發(fā)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(chǎn)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(wěn)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(yī)藥領域的巨大潛力和廣闊前景。



醫(yī)美領域



通過生物制造的方式獲得高產(chǎn)量的重組膠原蛋白,極大滿足了現(xiàn)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(zhuǎn)入宿主細胞內(nèi),包括微生物、動物和植物等,再進行發(fā)酵誘導表達生產(chǎn)的膠原蛋白或類似物的技術。相比傳統(tǒng)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(chǎn)效率和成本,以及環(huán)境影響等方面都具有顯著的優(yōu)勢。


隨著國家政策、產(chǎn)業(yè)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(fā)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(yè)化開發(fā)與生產(chǎn),各類相關研究也在日趨深入。生物制造突破傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的局限,是推動經(jīng)濟增長和產(chǎn)業(yè)升級的重要力量,未來潛力無限。


泓迅生物“新質(zhì)生產(chǎn)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(huán)過程,能成功構建特定需求的穩(wěn)轉(zhuǎn)細胞株,生產(chǎn)出符合市場需求的產(chǎn)品,賦能下游應用開發(fā)進程及商業(yè)化落地。

泓迅生物在“新質(zhì)生產(chǎn)力”的驅(qū)動下,探索新的研發(fā)方向和技術創(chuàng)新,為重組膠原蛋白開發(fā)應用創(chuàng)造更多可能! 領先的設計與先進的制造為您提供醫(yī)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(yōu)化仍存在著許多挑戰(zhàn)。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(diào)控網(wǎng)絡的限制;另一方面,工業(yè)發(fā)酵環(huán)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(chǎn)。


基因底層技術結合“DBTL”策略對代謝途徑進行動態(tài)調(diào)控使目標產(chǎn)物的產(chǎn)量最大化,提高生物制造過程的智能性,是優(yōu)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(yè)向著更高、更遠的領域邁進。


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


References

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