2023年22篇（共372篇）原創(chuàng)文章

DNA合成/操作技術(shù)：

建立一批高效的DNA拼接和編輯技術(shù)，縮短了人工生物系統(tǒng)的構(gòu)建時(shí)間。

例如，自從2012年CRISPR/Cas9基因組編輯系統(tǒng)被發(fā)明以來，已廣泛應(yīng)用到生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)畜牧業(yè)等多個(gè)自然科學(xué)的領(lǐng)域中。

AI賦能的系統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)：

建立了代謝流量組與代謝組分析技術(shù)平臺(tái)、多維組學(xué)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)平臺(tái)，指導(dǎo)系統(tǒng)的構(gòu)建過程。

例如，植物天然產(chǎn)物代謝通路中關(guān)鍵酶的解析，之前可能需要數(shù)年時(shí)間。

而高通量測序、組學(xué)生信技術(shù)的發(fā)展極大提高效率，可在模式植物中測試基因功能，葉片細(xì)胞瞬時(shí)轉(zhuǎn)導(dǎo)，只需要3-4天就可以對(duì)通路進(jìn)行驗(yàn)證。

我們經(jīng)常說合成生物項(xiàng)目的階段：小試、中試、放大、量產(chǎn)。

放大、量產(chǎn)的成熟度，就體現(xiàn)在高密度發(fā)酵等生產(chǎn)工藝上。

國內(nèi)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)能大部分過剩，比如，山東棗莊是最大的二手發(fā)酵罐處理基地，就是因?yàn)樵瓉砦毒刃袠I(yè)中一系列發(fā)酵工廠的關(guān)停，導(dǎo)致的資產(chǎn)處置。

一方面，合成生物學(xué)在“削弱”發(fā)酵工藝調(diào)控的作用。

越是先進(jìn)的“基因設(shè)計(jì)”會(huì)讓下游發(fā)酵生產(chǎn)的成功概率越大，而不像以前，生產(chǎn)成功與否，只能依賴發(fā)酵工藝的優(yōu)化。

另一方面，合成生物學(xué)將實(shí)現(xiàn)發(fā)酵從經(jīng)驗(yàn)技術(shù)向科學(xué)的偉大轉(zhuǎn)變。

發(fā)酵技術(shù)從生物反應(yīng)器的宏觀尺度，迅速向細(xì)胞尺度和分子尺度滲透，使跨尺度研究和施加作用成為可能。

因此，合成生物技術(shù)在生產(chǎn)環(huán)境的應(yīng)用趨勢將體現(xiàn)在：

逐漸放棄粗獷的、憑老師傅的經(jīng)驗(yàn)和直覺的工藝調(diào)優(yōu)，轉(zhuǎn)向精準(zhǔn)的、可定量的設(shè)計(jì)方案。

通過數(shù)學(xué)建模、計(jì)算機(jī)控制、化學(xué)計(jì)量學(xué)等科學(xué)知識(shí)，結(jié)合不斷出現(xiàn)的新工具和新器件，提高發(fā)酵生產(chǎn)效率和成功率，實(shí)現(xiàn)高密度發(fā)酵的優(yōu)化和降本。

可高密度培養(yǎng)，通過“點(diǎn)（酶）——線（代謝線路）——網(wǎng)（代謝系統(tǒng)）——生產(chǎn)車間（宿主）——工廠（發(fā)酵罐）”的路徑層層優(yōu)化。

這里關(guān)注一個(gè)發(fā)酵放大的核心公式：

單位時(shí)空產(chǎn)量=單位設(shè)備體積的利用率（生產(chǎn)強(qiáng)度）×菌種濃度×蛋白表達(dá)量×蛋白比酶活×提取效率

公式中有兩方面的調(diào)優(yōu)方向，值得思考：

一方面，菌株的穩(wěn)定性影響菌種濃度和蛋白表達(dá)量，在蛋白比酶活一致的時(shí)候，不斷迭代的高表達(dá)量平臺(tái)更具有競爭優(yōu)勢。

另一方面，提取效率的提高，有幾個(gè)可行手段：

例如，胞內(nèi)產(chǎn)物改為胞外產(chǎn)物，產(chǎn)物加一段聚集肽、通過改變pH值，或加還原劑可沉降分離。

據(jù)麥肯錫預(yù)測，生物制造的產(chǎn)品可以覆蓋70%化學(xué)制造的產(chǎn)品。

預(yù)計(jì)到2025年，合成生物學(xué)與生物制造的經(jīng)濟(jì)影響將達(dá)到1000億美元。

但這并不意味著，合成生物的生產(chǎn)方法將完全取代傳統(tǒng)化工，更大的可能性是，在未來長期共存。

合成生物學(xué)的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方式，而不是在化學(xué)分子結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新。

也就是說，通過合成生物學(xué)獲得的分子，之前往往是通過化學(xué)合成，或者從天然資源中提取也同樣可以獲得。

因此，一種產(chǎn)品，到底是用合成生物方法生產(chǎn)，還是用傳統(tǒng)化工方式生產(chǎn)，取決于成本（包括制造和政策成本）。

（圖片來源：漢和生物相關(guān)新聞）

進(jìn)一步展開：

從成本端考慮，下游客戶有降本訴求，上游生物合成有降本的潛在能力（可以通過縮短反應(yīng)鏈進(jìn)而減少設(shè)備投入、能耗及環(huán)保成本，具備高選擇性），就會(huì)帶來生產(chǎn)方式的替代。

從工藝側(cè)考慮，基于步驟高危、環(huán)保升級(jí)、手性要求等因素，化工不適合或者難以合成的某些產(chǎn)品，可以通過發(fā)酵或者酶法生產(chǎn)。

例如，泛酸鈣、甾體激素的化學(xué)合成涉及氰化物，現(xiàn)主流合成路線已經(jīng)改良為發(fā)酵法；丙烯酰胺已完全由酶法生產(chǎn)。

復(fù)雜分子如手性醇、輔酶、手性胺合成，使用酶作為催化劑減少反應(yīng)步驟，在外消旋化合物的分解中，酶的使用已經(jīng)非常成熟。

L-草銨膦是全球第二大除草劑草銨膦的有效成分，活性為普通草銨膦的2倍，其市場規(guī)模超百億，目前在全球范圍內(nèi)，生物法L-草銨膦逐步替代普通草銨膦。

當(dāng)然，合成生物學(xué)還不能構(gòu)成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，需要依托傳統(tǒng)化工的工藝進(jìn)行放大。

合成生物方法通常更適宜生產(chǎn)小分子，后續(xù)進(jìn)一步生產(chǎn)聚合物或者改性，仍需要精度更高的化學(xué)合成方法實(shí)施。