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合成生物學(xué)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(shù)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(dāng)代先進(jìn)生產(chǎn)力。其特點是創(chuàng)新,關(guān)鍵在優(yōu)質(zhì),本質(zhì)是先進(jìn)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(shù)領(lǐng)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(jìn)制造業(yè)的核心構(gòu)成。

生物制造平臺根據(jù)生物催化劑種類可以分為基于細(xì)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(xué)

底層技術(shù)進(jìn)步推動生物制造成本降低

合成生物學(xué)通過設(shè)計和構(gòu)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(xué)的技術(shù)邏輯基于DBTL(設(shè)計-構(gòu)建-測試-學(xué)習(xí))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(guān)鍵底層技術(shù)進(jìn)步和成本的不斷降低,研究人員對DNA、RNA、蛋白質(zhì)和細(xì)胞表型的設(shè)計和改造能力顯著提升。通過工程化手段,可更精確地構(gòu)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(lǐng)域



2006年4月, Jay Keasling的團隊成功地在面包酵母中構(gòu)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(dá)調(diào)控等技術(shù),對酵母中MVA途徑代謝調(diào)控關(guān)系的調(diào)整,關(guān)鍵基因表達(dá)量的優(yōu)化,前提物FPP代謝支路的削弱,結(jié)合氧化酶CYP71AV1的表達(dá),研究團隊成功構(gòu)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(xué)合成)重大突破打下基礎(chǔ)。2013年,世界衛(wèi)生組織批準(zhǔn)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(xué)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(xué)的發(fā)展,科學(xué)家們開始利用合成生物學(xué)技術(shù),通過生物制造的方式生產(chǎn)青蒿素。


基因“讀”、“寫”、“編”底層技術(shù)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(shù)的應(yīng)用展示了合成生物學(xué)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的巨大潛力和廣闊前景。



醫(yī)美領(lǐng)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(yīng)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(jìn)行特定序列設(shè)計、酶切和拼接、連接載體后轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞內(nèi),包括微生物、動物和植物等,再進(jìn)行發(fā)酵誘導(dǎo)表達(dá)生產(chǎn)的膠原蛋白或類似物的技術(shù)。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(lǐng)域的聚焦,合成生物學(xué)技術(shù)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(jìn)行商業(yè)化開發(fā)與生產(chǎn),各類相關(guān)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(xué)賦能技術(shù)平臺

泓迅生物已成功搭建全面的合成生物學(xué)賦能技術(shù)平臺。通過DBTL(設(shè)計-構(gòu)建-測試-學(xué)習(xí))循環(huán)過程,能成功構(gòu)建特定需求的穩(wěn)轉(zhuǎn)細(xì)胞株,生產(chǎn)出符合市場需求的產(chǎn)品,賦能下游應(yīng)用開發(fā)進(jìn)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(shù)創(chuàng)新,為重組膠原蛋白開發(fā)應(yīng)用創(chuàng)造更多可能! 領(lǐng)先的設(shè)計與先進(jìn)的制造為您提供醫(yī)美活性成分AAI膠原蛋白合成生物學(xué)解決方案。


未來展望

目前,微生物細(xì)胞工廠的構(gòu)建與優(yōu)化仍存在著許多挑戰(zhàn)。微生物目標(biāo)合成途徑的強化會受到細(xì)胞本身復(fù)雜的代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)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(yán)重影響微生物的生長和生產(chǎn)。


基因底層技術(shù)結(jié)合“DBTL”策略對代謝途徑進(jìn)行動態(tài)調(diào)控使目標(biāo)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(xì)胞工廠的一致方向。合成生物學(xué)作為推動生物制造領(lǐng)域革新的重要引擎,正引領(lǐng)著行業(yè)向著更高、更遠(yuǎn)的領(lǐng)域邁進(jìn)。


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(jìn)我們在技術(shù)創(chuàng)新、成本降低和效率提升等方面的全面進(jìn)步。


References

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