当前,合成生物产业发展迅速。相关数据显示:2018年—2023年,全球合成生物产业由53亿美元增长至170亿美元,年复合增长率达26.4%;中国合成生物市场规模预计将由2022年67.36亿元增长至2024年的105.16亿元(预计)。

在生物材料领域,华熙生物是合成生物绿色制造道路的践行者,定位“以合成生物技术支撑和驱动的生物科技公司”,聚焦有助于生命健康的生物活性物的开发及产业化应用。

中国和世界上的其他主要经济体都很重视合成生物的发展,例如美国的NSF、DOE、DARPA等机构大规模、高强度地资助合成生物学研究,部署了Biofoundry、千分子计划、BioMADE等计划;欧盟也启动了工业生物技术创新与合成生物学加速器等一系列项目。

中国《“十四五”生物经济发展规划》中重点提及“合成生物学”,并强调合成生物学作为前沿生物技术,要加快发展原创性、引领性的技术创新,有序推动其在多个领域的应用。

合成生物学不仅是推动中国生物经济发展的重要科技力量,也是实现“碳达峰”和“碳中和”战略目标的重要底层支撑。那么合成生物学究竟是一种怎样的技术,技术革新又将带来哪些令人神往的效用?

合成生物是一门交叉融合的硬科技学科,由生物学、系统科学、化学工程学和计算机科学等学科汇聚而成,因此也要求从业者具有高度复合的能力。与电子工程和化学工程类似,合成生物学遵从设计-构建-测试-学习(DBTL)循环的研究模式,从基础设计到目标产品的呈现就像完成一次技术拼图、一套工程系统的组装。

具体而言,从设计基本元件,如基因序列或酶的结构设计;到构建表达体系,如通过基因工程构建细胞工厂;再到功能测试,如测定目标物质产出;之后研究者或人工智能从上述流程中学习新的知识进行模型修正,以指导下一轮研究、不断迭代,从而提高目标生命体系的总体效能。

尽管合成生物技术本身具有一定的复杂性,但通过新技术路线,能够解决很多旧方法解决不了或解决得不够好的问题,以低成本地获得高性能的产品,实现降本增效。

以原料产品红景天苷为例:传统获得红景天苷,要从生长于高寒之地的红景天中提取。红景天人工种植难、易受根腐病影响,且红景天中红景天苷含量很低,提取成本高达30000元/公斤。后续通过酶法合成红景天苷的生产工艺,酶促反应又受酶的种类、反应介质和反应条件等影响,产量受限,最高产量只有1.9g/L/day。通过合成生物学细胞工厂合成,则可不受原料影响,每公斤生产成本低于500元。

除了降本增效,绿色环保也是合成生物学的另一大魅力。相比传统的动植物提取,“师法自然”的细胞工厂发酵不仅降低了对自然资源的依赖,甚至能够利用工业废气、农场废物作为生产原料“变废为宝”,实现地球资源重塑。另外,由于产品富集度相对较高,分离纯化过程可减少有机溶剂的使用,能够在产品得率高的同时实现环境友好,助力“双碳”目标达成。

基于合成生物在降本增效、绿色制造等方面的潜力,国内外的创业者和投资机构纷纷入局。据美国合成生物行业媒体SynbioBeta数据,2021年全球合成生物行业融资总额达到了180亿美元,是过去12年的总和;且SynbioBeta预测2022年将是合成生物学有史以来最好的投资年。

在国内,合成生物技术也已经应用于多个领域:医药健康行业,合成生物技术已普遍应用于基因治疗、分子实体的生物制造等方面;生物基材料领域,PHA、PLA、PBS的合成生物生产路径正走向产业化;食品行业,替代蛋白、添加剂方向的海内外创业备受关注;乃至农业领域,RNA农药、构建高效固氮菌等也有望带来“绿色农业”变革。

合成生物带来的技术升级,已经带动华熙生物主要业务板块效率提升。在透明质酸的生产中,原本通过微生物发酵法(第二代微生物发酵技术),每升发酵液可以提取16-17g透明质酸;通过合成生物技术(第三代微生物发酵技术),每升发酵液可提取73g透明质酸,生产成本可降低400倍。

除了市占率首屈一指的透明质酸,华熙生物也正重点发力胶原蛋白,全面布局了动物源胶原蛋白、水解胶原蛋白、合成生物技术开发的重组人源胶原蛋白;并将透明质酸技术升级、产业应用的全产业链开发逻辑应用到胶原蛋白中。

另外,在合成生物学研发平台赋能下,华熙生物在其他生物活性物领域或已完成工艺验证、或已实现突破性进展,处于国际领先研发水平。合成生物技术正从技术萌芽逐步走向成熟,市场中合成生物产品型企业也陆续开始中试、尝试规模化量产,以不断实现里程碑节点,来获取下一轮的融资支持。对于华熙生物而言,从纵深向,完整开发某一生物活性物质的能力,已经得到验证;当前基于生物活性物战略技术库,通过合成生物技术,将陆续有重要物质迎来收获期。

不久的未来,中国合成生物学领军企业或将涌现,具备全产业链开发能力的华熙生物也被给予厚望,其能力也正支持着这一野心的实现。将合成生物学作为战略布局,正是华熙生物关键的里程碑之一,支持着“让每个生命都是鲜活的”企业使命。