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摘要:合成生物学是以工程学思想为指导,对天然生物系统进行重新设计与改造,或设计并合成新的生物元件、组件和系统的学科。
一. 合成生物学概览
合成生物学是以工程学思想为指导,对天然生物系统进行重新设计与改造,或设计并合成新的生物元件、组件和系统的学科。
其策略包括两个方面:
(1)一是自上而下的逆向工程,即通过对天然存在的生物系统进行重新设计和改造,使之增添新的功能。
(2)二是自下而上的正向工程,即通过设计和构建新的生物元件、组件和系统,创造全新的人工生物系统。
二. 合成生物学优势
合成生物学被认为是继DNA双螺旋、人类基因组测序后的第三次生物技术革命;
由合成生物学驱动的下一代生物制造主要优势:
(1)替代天然提取制造路线,提高生产规模及效率、经济效益。
(2)替代化学制造路线,以可再生资源作为原料,减少对化石燃料依赖。
(3)创造疗效更好的药品、性能优越的化学材料等新产品。
三. 合成生物学应用场景
目前阶段,合成生物学落地场景主要为改造微生物来生产产品,在医药、化工、能源、食品、消费、农业等领域均已有众多应用。
3.1 医药领域
化学法集中于结构清晰、简单的化学物质,对于天然药物等大分子化合物大多只能天然提取。
通过合成生物学手段,将基因簇进行异源表达并利用发酵工程进行大规模制备,提高生产效率、经济效益。
案例:生物合成青蒿素降低成本优势显著。
抗疟药物青蒿素的传统生产模式是通过种植黄花蒿,经过18个月生长周期才可进行提取。
而利用合成生物学技术,在大肠杆菌内构建青蒿酸的生物合成途径,再通过体外化学合成得到青蒿素,几周便可量产。
3.2 化工领域
(1)可最大限度的利用可再生的生物碳源替代不可再生的化石碳源:
微生物通过糖酵解过程产生丁醇、乳酸、甲烷等工业原料,进一步还可获取甘油、丙酮酸、氨基酸等,这一过程绕开了传统石油化工。
(2)在部分化学品生产上已体现出成本优势
受益于规模效应,目前由合成生物学可大规模生产的己二酸(ADA)、1,4-丁二醇、L-丙氨酸等,已达到低于石油基路径的生产成本。
3.3 能源领域
案例:利用合成生物学改造微生物将工业废气转化为乙醇。
3.4 食品
案例:利用合成生物学改造酵母生产豆血红蛋白用于人造肉。
3.5 农业
案例:利用合成生物学改造微生物固氮减少化肥使用。
3.6 消费品
案例:利用合成生物学生产角鲨烯用于化妆品。
四. 合成生物学产业链
上游为技术型公司,负责使能技术开发,包括DNA/RNA编辑、测序、编辑等。
中游是平台型公司,及相应科研机构,负责对合成生物进行设计、开发。
下游是应用型公司,负责各应用产品开发和落地。
五. 国内厂商梳理
中下游平台型及产品型企业数量众多,按下游产品应用分类:
(1)医药:富士莱、鲁抗医药、金城医药、翰宇药业。
(2)化工:凯赛生物、沃特股份。
(3)消费品:川宁生物、嘉必优、华熙生物,辉隆股份。
(4)食品添加剂:圣达生物、辉隆股份、梅花生物、富祥药业、金达威。
(5)农业:博恩集团、溢多利。
辉隆股份:公司拥有自主品牌复合肥产能155万吨/年,磷酸一铵产能15万吨/年,农药制剂产能10500吨/年,在建氯虫苯甲酰胺原药产能2000吨/年。公司精细化工主要产品情况:海华科技主要经营甲醚、甲酚、氯甲苯、间氯苯胺、香精香料等系列产品,拥有BHT产能15000吨/年,稳居国内第一、全球前三,是国内首家打通从“间甲酚—百里香酚—L-薄荷醇”产业链的企业,其中间甲酚产能10000吨/年,百里香酚产能4000吨/年。L-薄荷醇产能3000吨/年,已产销平衡。
1. 饲料添加剂:百里香酚4000吨/年,百里香酚在饲料中的应用主要体现在增强动物的抗病能力、改善生产性能以及作为潜在的抗生素替代品等方面。
2. 医美消费领域:辉隆子公司韶美生物致力于打造高端生物制药、生物新材料企业,利用生物合成技术:透明质酸和弹性蛋白作为研发起点,通过生物提取、微生物发酵、交联等多种活性生物材料技术,研制相关多糖类和生物蛋白类的生物制品,目前有海兰提斯,华韵等品牌。
3.食品添加剂:辉隆子公司海华科技是国内首家规模量产合成薄荷醇的企业,实现国内香料行业重大突破,薄荷醇产能3000吨/年。公司量产的薄荷醇产品纯度超过99.9%,各项关键指标均已达标,薄荷醇产品质量达到食品级,已取得《食品生产许可证》。目前月产量超过300吨,公司积极与国内外的大型日化、香料香精等下游客户沟通,销量实现稳定增长,已实现产销平衡。