合成生物学(工程生物学)是生命科学领域的一门新兴交叉科学,被认为是理解生命的新钥匙(造物致知)和未来的颠覆性技术之一(造物致用)。

为进一步加强国内外合成生物学领域的交流合作,提高我国在合成生物学领域的国际地位,推动国内生物产业蓬勃发展, 2023 年 4 月 27-28 日第四届工程生物创新大会、第二届中国合成生物学学术年会、首届亚洲合成生物创新大会将在深圳光明科学城启幕,为推动中国与亚洲合成生物科学与产业发展提供交流平台,为加速深圳合成生物产业发展集聚贡献力量。

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以下是中科欣扬创新研发中心负责人张岩峰在第四届工程生物创新大会上的精彩致辞,由云现场整理。

各位老师,专家们,大家下午好,非常荣幸可以做一个主题分享,我是中科欣扬创新研发中心的负责人张岩峰。我们是一个做材料的公司,最早成立于2015年,开始的时候做了SOD的原材料,现在开始进入了香料食品的领域,最早一批完成产业闭环的公司,我们可以从研发做到生产、销售。

在这个过程中,我们的研发部门形成了三个模块,第一个模块就是合成生物学创新研发创新,我是中心的负责人,我们做的是菌株研发的工作。二是成立了合成生物学产业化研究中心,大家可以理解成以前工厂大的公司买来菌株之后怎么样做产业化,怎么样做纯化提取研究和质量管理。最后是合成生物学应用研究中心,主要做原材料,在这个过程中要做原材料的评价,为我们的原材料找一些卖点,为我们使用原材料的公司提供科学技术的支撑。

我列出了一些在企业里做研发的时候碰到的问题,由于时间的问题,我选几个大家比较感兴趣的点和大家交流一下。

首先,大家最关注的点就是合成生物学选品同质化,应该怎么样做选品的工作?我要强调一点,选品工作不是简单的拍脑袋可以进行的过程,其实需要这个公司整体完成的过程,我们要做一个东西的时候,研发人员要看有什么技术优势,这个原料用合成生物学的方式做能解决什么样的痛点,产业化中心的人要看这个东西做了发酵之后能不能拿出来,最后进行产业化合算,到底能不能实现真正可经济的销售。同时,这些知识产权、法律法规也要介入,告诉我们这个东西能不能做,比如我们推进一个公司的时候,大公司直接问我们的IP和专利是怎样的,有没有做过法规的研究,我们开始的时候想得很简单,因为技术是原创的,但是人家的点更细,他们说纯化的过程也是原创的,给我们提了一个醒,我们发现和友商沟通发现,突然被一个小公司告了,说后面提取的专利申报的时候和他们的是相似的,他们的产品停滞了三年,花了500万美金才打赢这个官司,企业的发展就停滞了。就是说开始的时候,所有的部门应该进来对这个产品做一个评判,告诉我们这个产品是不是可行的。

我从企业研发人的角度和大家分享一下,我们怎么做产品的开发,我们做菌株主要形成三块,一是生物芯片平台;二是用计算主要做酶、以及代谢模型的分析;另外一块是做自动化的工作,比如微流通的技术进行筛选。我要强调一点,大家做品的时候不能别人做什么我们就做什么,一定要关注自己的技术优势在哪,我一一和大家介绍一下这个平台怎么进行产品开发和产品选择。

一是智能计算平台,合成生物学公司大同小异,大家都有这几个模块,做酶和模型的,从点、线、面的布局。我们的代谢途径模块和模型算法是跟随的,比如一些人公布了一些算法,算法建模是开源的,我们把这个模型挡下来,然后用实际产品开发的数据对这个模型进行验证迭代,利用在我们的产品研发上。我们做得最有特色的一块是酶的选择上,我们是AI结合开发了一套酶的打分系统,这个系统目前用得比较准,在做5、6个管线的时候,有一个管线获得突破。我们最大的特色是做极端环境数据库的收集。我们做这个企业以前一直做极端环境的科考,形成了特色研究有两块,一是做下一代的细胞一样,因为在40-50度发酵的过程中,其他的微生物生长比较低,我们采用这么多样品,为什么不从里面分一些特殊的底盘做一个改造。同时,我们分出来的特殊基因也是我们的特色,我们在去年完成的管线产品开发中,找到了湿热来源的酶,发现专业性特别好,立刻就转到极端环境的数据库,然后在热的数据库筛到一个酶。

我们平台的第二块是做一些高通量自动化的工作,我们用MMC等工具,尤其是做适应性计划的工作。我举一个例子,也是去年研发完成的管线产品,我们做亚晶胺,用更高能的亚晶胺胁迫,筛选出一系列的菌株,这个材料也获得了突破,从2克到5克多。

这是生物芯片平台,做代谢改造的,我们强调要专注自身的特色,我们最大的两个特色,一是做酶的研究,自己筛选出一套软件,可以高效的完成多种酶的表达,比如常用的酶的表达系统,做10个酶的时候才有一个成功,我们用了新的设备之后,做10个酶有7、8个可以获得成功。我们在代谢工程,做得比较有特色的是SMM,我们在这个循环上有很多自己的特色,可以打造高效的SMM,所以我们很多时候会关注这些东西,利用SMM的物质,做了亚晶胺的物质。

这是把前面选酶的和大家展示一下,一是香兰素,在白细胞里会被大量的氧化反应,我们在选酶系统里可能催化香兰素发生反应的酶,可以看到基本上已经没有香草酸的产生了。这边展示的是NMN研发,我们看到2021年的时候有生物合成的文章出来,当时是日本人做的,他们做到了500克,我们觉得他们选的酶不是特别好,我们还是有空间的,我们用酶的打分系统筛了一套酶,最终筛到更高效的酶,我们现在基本上可以找到25-30克的水平,比较高的成本优势。

我和大家聊一聊飞跃死亡谷,在死亡谷在美国很难飞跃,但是在中国飞跃是比较简单的事情,因为中国是绝对的发酵化产业强国,比如氨基酸,形成了比较密集的发酵产业园,所以产业化和配套人才特别的多。但是值得注意的是,他们对工程的认识不够,和合成生物学公司有一些脱节,需要两方共同增强的点。同时还要强调一下细胞工厂,我们做的菌株必须要高效,前面的时候因为我们对菌株的认识不够深刻,我们做的时候就是大肠杆菌,发酵的时候突然死了找不着原因的细胞去做,这样的菌株拿到企业做产业化的时候,企业说发酵无小事,每一步都要成功,失败率是惊人的,产业化也要加剧。现在随着技术发展,大家对菌株的认识越来越深刻,我们开始抛弃大肠杆菌,开始用酿酒酵的底盘开发,在这样的情况下和下面的人做产业化的时候,成功率非常高了。

和大家探讨一下研发机制的问题,我们可以看到在企业里做研发太难了,在企业做研发也形成两种模式,一是PI制,以前也是在高校做PI研发的,到了企业一样延续一样的工作。一种是做流水线,科学家只要负责设计就好了,做菌株评价和发酵等一系列工作全部交给各个模块化的部门,把数据给到你,然后你再做分析。我比较支持PI制,因为我认为在研发上人永远是大于体制的,你有一个好的学术领头人,他可以带着你的产业获得腾飞式的发展。所以企业应该选择哪种模式?我们也在试,因为做一个流水线不需要太多人,20多人,有的PI就喜欢流水线,我们也提供这样的模式,让他带团队看看哪种研发制度下的产值更高。在企业里做研发一定要做得更广,在高校里老师不做的工作必须要完成,比如产业化的工作和应用的工作,这是高校的老师比较漠视的地方,但是我们应用的话需要补齐起来,把研发做得更广。

我们总部在深圳,在上海也有应用中心,北京的研发中心8、9月份马上落地,欢迎各位专家来指导工作,谢谢大家。