微信扫描二维码
获取公司更多资讯
公众号：viablife
欢迎您关注唯铂莱
自(zi)上期撰(zhuan)文的内容分享后，小编看到了一些读者的反馈，大多评论都涉及到合成生物制造的概念问题。由于上期内容已经对天然产物的合成生物制造作了一定的描述，那么本期内容小编便从大宗产品、可再生化学品与聚合材料、精细与医药化学品、未来农产品等其它方面的合成生物制造来对合成生物制造的概念与应用进行分享。
合(he)成生物制造是以合(he)成生物为工具进行(xing)物质加工与合(he)成的生产方式，是对生物体进行(xing)有目标的设计、改造乃至重(zhong)新合(he)成，甚至创建赋予非自然功能的“人造生命”。将合(he)成生(sheng)物作为(wei)核心工具(ju)建立的(de)新一代颠覆性生(sheng)物技术，有望(wang)为(wei)破解人类社会面(mian)临的(de)资(zi)源(yuan)短缺(que)、能源(yuan)供给、健康(kang)安全、生(sheng)态环境(jing)等(deng)领(ling)域重大挑战提供完整全新解决方案(an)。
▲ 合成(cheng)生物制(zhi)造示意图
（图源：参(can)考(kao)资料1）
合成(cheng)生(sheng)物(wu)制造(zao)以合成(cheng)生(sheng)物(wu)为工具，利用糖、淀粉、纤(xian)维(wei)素(su)、甚至(zhi)二氧(yang)化(hua)碳等(deng)可再生(sheng)碳资源(yuan)为原(yuan)料(liao)(liao)，进行化(hua)学(xue)品、药品、食(shi)品、生(sheng)物(wu)能源(yuan)、生(sheng)物(wu)材(cai)料(liao)(liao)等(deng)物(wu)质(zhi)加工与合成(cheng)，具有清(qing)洁(jie)、高(gao)效、可再生(sheng)等(deng)特点，能够减少(shao)工业经济对生(sheng)态(tai)环境的(de)影响(xiang)，有望彻底变革未来医药、食(shi)品、能源(yuan)、材(cai)料(liao)(liao)、农业等(deng)传(chuan)统模(mo)式(shi)，重塑碳基(ji)物(wu)质(zhi)文明发(fa)展模(mo)式(shi)。世界经济合作组织发表(biao)的报(bao)告表(biao)明(ming)合成(cheng)生物制造可(ke)以(yi)降低(di)工(gong)业过程能耗(hao)(hao)、物耗(hao)(hao)，减少废物排放与空气、水及土壤污染(ran)，以(yi)及大幅(fu)度降低(di)生产(chan)成(cheng)本，提升(sheng)产(chan)业竞争力。
一、大宗(zong)产品(pin)的合成生物(wu)制(zhi)造在生物(wu)行业中(zhong)，大宗产品(pin)(pin)主(zhu)要指(zhi)的(de)是氨基酸(suan)、有(you)机酸(suan)、维(wei)生素、微生物(wu)多糖等，被广泛应(ying)用于化工、食品(pin)(pin)、医药(yao)等领域。
▲ 部(bu)分大宗产(chan)品(pin)——左上为(wei)有机酸代(dai)表(biao)(biao)产(chan)品(pin)柠檬(meng)酸，右上为(wei)氨基酸代(dai)表(biao)(biao)产(chan)品(pin)谷(gu)氨酸，下为(wei)维生(sheng)素代(dai)表(biao)(biao)产(chan)品(pin)维生(sheng)素C及其制片
（图源：网络）
大宗产品的(de)合成生物(wu)制造主(zhu)要(yao)通过(guo)发酵的(de)形式(shi)进行生产，其工(gong)艺(yi)的(de)核心(xin)在于菌种(zhong)的(de)性能，高性(xing)能菌(jun)种(zhong)可(ke)(ke)以实现更高(gao)的转(zhuan)化率(lv)(lv)、产(chan)品浓度和生产(chan)强度，从而在激(ji)烈(lie)的产(chan)业竞争中占据主动(dong)。合成(cheng)生物学的发展大(da)(da)大(da)(da)提升了(le)菌(jun)种(zhong)设计改造能力(li)(li)，不仅可(ke)(ke)以获(huo)得自主知识产(chan)权的新(xin)菌(jun)种(zhong)，而且显著提高(gao)原料利用(yong)能力(li)(li)和转(zhuan)化效率(lv)(lv)等技术指标，为(wei)大(da)(da)宗产(chan)品的合成(cheng)生物制造奠定了(le)坚实的基础。二、可再生(sheng)化学品(pin)与聚合材料的合成(cheng)生(sheng)物制造利用(yong)可再生原料(liao)生产可再生化(hua)学品与生物(wu)基材(cai)(cai)料(liao)可以(yi)解决石(shi)化(hua)资源短缺等问(wen)题(ti)，满足经济社会绿色(se)、可持续发展需要。较为常用(yong)的(de)可再生化(hua)学品有丁(ding)二酸、戊(wu)二胺(an)、1,4-丁(ding)二醇(chun)等，它(ta)们都是(shi)合(he)成聚合(he)材(cai)(cai)料(liao)单体的(de)原料(liao)，如(ru)丁(ding)二酸可以(yi)用(yong)来合(he)成丁(ding)二酸丁(ding)二醇(chun)酯（PBS）、尼(ni)龙54 等生物(wu)基材(cai)(cai)料(liao)；戊(wu)二胺(an)在(zai)化(hua)学纤维(wei)、纺织(zhi)等领域有着重要的(de)应用(yong)；1,4-丁(ding)二醇(chun)是(shi)一种极具(ju)商(shang)业价值的(de)化(hua)学品，每年(nian)用(yong)其生产超过250 万吨的(de)聚合(he)物(wu)。
▲ 部分(fen)可再(zai)生化学(xue)品(pin)与聚合(he)材料(liao)——左为以丁(ding)二(er)(er)(er)酸和(he)1,4-丁(ding)二(er)(er)(er)醇(chun)为原(yuan)料(liao)生产(chan)的(de)丁(ding)二(er)(er)(er)酸丁(ding)二(er)(er)(er)醇(chun)酯聚合(he)材料(liao)，右(you)为以戊二(er)(er)(er)胺为原(yuan)料(liao)生产(chan)的(de)泰纶
（图(tu)源：网络）
随着合成(cheng)生物学(xue)的(de)发(fa)展，人(ren)们对细胞(bao)代谢和调控认(ren)识的(de)不断(duan)深入，技术手(shou)段不断(duan)进步，通(tong)过优化(hua)改造、甚至(zhi)从头设(she)计(ji)合成(cheng)高效(xiao)生产(chan)菌种，大大提高了可再(zai)生化(hua)学(xue)品(pin)与(yu)聚(ju)合材(cai)料的(de)生产(chan)能力(li)与(yu)效(xiao)率。我(wo)国是目(mu)前(qian)全球最大的精(jing)细(xi)与医药化学(xue)品(pin)(pin)供应(ying)国，出口的精(jing)细(xi)与医药化学(xue)品(pin)(pin)包括芳香族(zu)化合物、抗生(sheng)素、甾(zai)体激(ji)素等多种类型，被广(guang)泛应(ying)用于食品(pin)(pin)、化妆(zhuang)品(pin)(pin)、医药等多个(ge)行业。
▲ 部分精细与医(yi)药化(hua)学品——左为(wei)(wei)芳香(xiang)族代表产品香(xiang)兰素，右为(wei)(wei)抗生(sheng)素及(ji)甾体激素产品
随(sui)着(zhe)合(he)成(cheng)(cheng)生(sheng)物(wu)学(xue)(xue)的发展，人(ren)们通(tong)过对(dui)细胞(bao)内(nei)代(dai)谢途径的全新(xin)设计，使精(jing)细与(yu)医药(yao)化学(xue)(xue)品(pin)可以(yi)通(tong)过微生(sheng)物(wu)细胞(bao)以(yi)廉价的糖类等(deng)为原料(liao)来合(he)成(cheng)(cheng)，为降(jiang)低(di)精(jing)细与(yu)医药(yao)化学(xue)(xue)品(pin)的生(sheng)产成(cheng)(cheng)本，实现绿色(se)生(sheng)产提供可能。四、未来农产品的合成生(sheng)物(wu)制造合成生(sheng)(sheng)物制(zhi)造不(bu)仅可以(yi)生(sheng)(sheng)产(chan)制(zhi)造香兰素、白(bai)藜芦醇(chun)、柑橘类等一系列(lie)高(gao)附加值农业(ye)相关产(chan)品(pin)，还能够淀(dian)粉、油脂、健康糖(tang)、牛奶、素食奶酪、各(ge)种蛋(dan)白(bai)（胶(jiao)原蛋(dan)白(bai)、蚕丝(si)蛋(dan)白(bai)、肉(rou)类蛋(dan)白(bai)及卵蛋(dan)白(bai)等）、肉(rou)类等。这些新技术将颠(dian)覆(fu)传统的农产(chan)品(pin)加工生(sheng)(sheng)产(chan)方式，形成新型(xing)的生(sheng)(sheng)产(chan)模式，促进农业(ye)工业(ye)化的发展。
▲ 未来农产(chan)品的(de)合成(cheng)生物制造
（图源：网络）
随着合(he)成生(sheng)物学的(de)发展，人们(men)通过发掘动(dong)、植物的(de)营养、功能成分(fen)合(he)成的(de)关键遗传基因元(yuan)(yuan)件，对跨种属的(de)基因进行组合(he)，采用人工(gong)元(yuan)(yuan)件对合(he)成通路进行改造，优化(hua)和协(xie)调合(he)成途径(jing)中各蛋白的(de)表达，创(chuang)建淀粉、蛋白、油脂以及其他(ta)营养功能因子的(de)高效人工(gong)生(sheng)物合(he)成路线，形成崭新的(de)细胞工(gong)厂(chang)，颠覆现有的(de)农产品(pin)生(sheng)产与(yu)加工(gong)方式，摆脱人类所需营养素及天然化(hua)合(he)物对资源依赖和环境(jing)破坏为代价的(de)发展。
合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)学(xue)至今仍然(ran)(ran)(ran)(ran)以(yi)自(zi)然(ran)(ran)(ran)(ran)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)的(de)设(she)计改造(zao)为主开展(zhan)研究，利用(yong)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)产物(wu)绝(jue)大部分为天然(ran)(ran)(ran)(ran)化(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)，与之矛盾(dun)的(de)是绝(jue)大多数化(hua)(hua)学(xue)品(pin)并(bing)没有天然(ran)(ran)(ran)(ran)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)途(tu)径，这(zhei)是合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)学(xue)未(wei)来发(fa)展(zhan)会(hui)直面(mian)的(de)巨大挑战，因为目前为止可以(yi)实(shi)现(xian)从头创(chuang)建全新非(fei)自(zi)然(ran)(ran)(ran)(ran)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)途(tu)径的(de)报道极少；同时(shi)这(zhei)也(ye)展(zhan)示(shi)了合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)学(xue)巨大的(de)发(fa)展(zhan)机会(hui)，随着技术(shu)的(de)发(fa)展(zhan)有望(wang)实(shi)现(xian)颠覆(fu)性(xing)的(de)革新；新世纪人工智能、大数据(ju)等技术(shu)为科学(xue)发(fa)展(zhan)创(chuang)造(zao)出新的(de)可能，同样合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)学(xue)也(ye)可将其引入自(zi)身体系(xi)，全面(mian)整(zheng)合(he)(he)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)途(tu)径规(gui)模化(hua)(hua)解析、元件库建设(she)、生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)途(tu)径高通(tong)量(liang)组装和优化(hua)(hua)、人造(zao)系(xi)统的(de)调试等技术(shu)，人工构建全新合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)途(tu)径，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)产新型化(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)，服务(wu)人类发(fa)展(zhan)。以合(he)成(cheng)(cheng)生(sheng)(sheng)物(wu)学(xue)为指导(dao)，设计有(you)机化学(xue)品的(de)高(gao)效合(he)成(cheng)(cheng)路线和人工生(sheng)(sheng)物(wu)体(ti)系，逐渐(jian)从天然生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)轻(qing)度(du)修饰(shi)向全人工合(he)成(cheng)(cheng)的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)或生(sheng)(sheng)命(ming)过度(du)，不(bu)仅可(ke)能(neng)(neng)高(gao)效利(li)用原来不(bu)能(neng)(neng)利(li)用的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)质资源，也有(you)可(ke)能(neng)(neng)高(gao)效合(he)成(cheng)(cheng)原来不(bu)能(neng)(neng)生(sheng)(sheng)物(wu)合(he)成(cheng)(cheng)、或者(zhe)原来生(sheng)(sheng)物(wu)合(he)成(cheng)(cheng)效率(lv)很低的(de)产品。这将为突破自(zi)然生(sheng)(sheng)物(wu)体(ti)合(he)成(cheng)(cheng)功能(neng)(neng)与范围(wei)的(de)局限(xian)，打通传统(tong)化学(xue)品的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)合(he)成(cheng)(cheng)通道，为发展先进(jin)生(sheng)(sheng)物(wu)制造技术、促进(jin)可(ke)持(chi)续(xu)经济体(ti)系形成(cheng)(cheng)与发展，提供重大机遇。
参考资料：
1、张媛媛, 曾艳, 王(wang)钦宏. 合成(cheng)生(sheng)物(wu)制造(zao)进展[J]. 合成(cheng)生(sheng)物(wu)学, doi: 10.12211/2096-8280.2020-052.2、佚名. 合(he)成生物制(zhi)造的"魔力(li)"[J]. 现代国企研究, 2015, 000(023):P.86-89.3、 杜立, 王萌. 合成(cheng)生物学技术(shu)制(zhi)造食品的(de)商业化法律规范[J]. 合成(cheng)生物学 2020年1卷5期, 593-608页, 2020.4、 马延和(he). 合成生物学及其在生物制造领域的进展(zhan)与治理[J]. 科学与社会, 2014, 4(004):11-25.（文章内(nei)容(rong)整理自上述(shu)参考资料，同时对其内(nei)容(rong)进行了一(yi)定的简化(hua)、补充，若有不足之处，欢迎指正）
