某科研機(jī)構(gòu)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室

近日，江南大學(xué)生物制造創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)將透明質(zhì)酸成本降到每公斤幾百元的消息，為火熱的合成生物概念股再添一把火。在今年五四青年節(jié)，江南大學(xué)未來(lái)食品科學(xué)中心合成生物創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)榮獲第十九屆“江蘇五四青年獎(jiǎng)?wù)隆?，該團(tuán)隊(duì)利用合成生物學(xué)技術(shù)，借助微生物發(fā)酵生產(chǎn)普通分子量的透明質(zhì)酸，把成本降到每公斤幾百元，實(shí)現(xiàn)了透明質(zhì)酸大產(chǎn)量推廣應(yīng)用。

江南大學(xué)合成生物的研究成果不僅展現(xiàn)了合成生物學(xué)的無(wú)限魅力，更為全球透明質(zhì)酸市場(chǎng)帶來(lái)了翻天覆地的變化。該技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)微生物進(jìn)行精準(zhǔn)的基因工程改造，使其化身為高效的“細(xì)胞工廠”，持續(xù)不斷地輸出高質(zhì)量的透明質(zhì)酸。這種人工設(shè)計(jì)的生物系統(tǒng)，不僅顯著提高了生產(chǎn)效率，更是在成本效益上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。對(duì)于行業(yè)而言，這意味著透明質(zhì)酸能夠以更低的成本被廣泛應(yīng)用到醫(yī)藥制品、美容化妝品，甚至是食品加工中，大大減輕了對(duì)傳統(tǒng)動(dòng)植物資源的依賴，為這些行業(yè)開(kāi)辟了全新的原料供應(yīng)途徑。

江南大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院副院長(zhǎng)、未來(lái)食品科學(xué)中心合成生物創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成員康振教授表示，江南大學(xué)通過(guò)生物技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的透明質(zhì)酸（玻尿酸）屬于化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域廣泛使用的生物活性原料，生產(chǎn)的透明質(zhì)酸分子量可以做到精準(zhǔn)控制。相關(guān)的技術(shù)歷經(jīng)十幾年的開(kāi)發(fā)，在2019年取得了里程碑式的進(jìn)展，透明質(zhì)酸的發(fā)酵水平獲得突破，發(fā)酵成本降低至幾百元每公斤，而后又經(jīng)歷了技術(shù)推廣，技術(shù)評(píng)估和繼續(xù)發(fā)展更新。

江南大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院副院長(zhǎng)、未來(lái)食品科學(xué)中心合成生物創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成員康振教授

“我國(guó)作為透明質(zhì)酸生產(chǎn)大國(guó)，相關(guān)產(chǎn)業(yè)面臨的問(wèn)題包括分子量種類單一、控制難度大、發(fā)酵水平受限、產(chǎn)率低等?！笨嫡癖硎荆搬槍?duì)這些問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)取得了兩項(xiàng)關(guān)鍵成果：一是采用合成生物學(xué)技術(shù)成功構(gòu)建了高效合成透明質(zhì)酸的谷氨酸棒桿菌細(xì)胞工廠，將透明質(zhì)酸的發(fā)酵水平提升到最高一百多克每升，超過(guò)國(guó)際上普遍的十幾克水平；二是建立了分子量可控的生物制造體系，實(shí)現(xiàn)了超高分子量、中高分子量、低分子量以及寡聚糖全類別透明質(zhì)酸的生物制造，這也意味著其應(yīng)用將更加廣泛。”

他進(jìn)一步表示，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，透明質(zhì)酸水解酶的研究和生產(chǎn)制備技術(shù)已經(jīng)成熟，酶法切割透明質(zhì)酸已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。生物技術(shù)生產(chǎn)的透明質(zhì)酸屬于上游原料，開(kāi)發(fā)含有透明質(zhì)酸的終端產(chǎn)品需要更多其它投入，而且，終端市場(chǎng)的成本取決于公司對(duì)透明質(zhì)酸具體的運(yùn)用場(chǎng)景、技術(shù)使用的熟練度等多方面因素。

據(jù)了解，江南大學(xué)該團(tuán)隊(duì)低分子量透明質(zhì)酸“一步發(fā)酵”技術(shù)可以讓發(fā)酵和切割同步進(jìn)行，且更加精準(zhǔn)地控制透明質(zhì)酸糖鏈合成延伸和降解、解聚的協(xié)同過(guò)程，新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于生產(chǎn)技術(shù)能覆蓋全部大小的透明質(zhì)酸，并提高透明質(zhì)酸的發(fā)酵水平，提高生產(chǎn)菌種的生物安全性。

（組圖）江南大學(xué)未來(lái)食品科學(xué)中心

康振教授表示，團(tuán)隊(duì)技術(shù)覆蓋了高、中、低透明質(zhì)酸發(fā)酵生產(chǎn)，是一個(gè)完整的“技術(shù)包”，“一步發(fā)酵”只是其中技術(shù)之一。得益于這些技術(shù)，能特別精準(zhǔn)地控制透明質(zhì)酸分子量，不同大小的透明質(zhì)酸都能發(fā)酵出來(lái)，所以，利用“技術(shù)包”可以實(shí)現(xiàn)全分子量類型透明質(zhì)酸的工業(yè)級(jí)生產(chǎn)。

近年來(lái)麥角硫因、氨基酸以及透明質(zhì)酸的原料價(jià)格因?yàn)橛昧撕铣缮锛夹g(shù)而大幅下降，證明了合成生物技術(shù)在一個(gè)個(gè)點(diǎn)上是有突破的，但業(yè)內(nèi)還是期待產(chǎn)業(yè)能在底層技術(shù)、通用技術(shù)上能有革命性進(jìn)展，從而降低整體合成生物產(chǎn)業(yè)的成本?！胺浅ｉ_(kāi)心看到我們的技術(shù)能夠服務(wù)于透明質(zhì)酸生物制造產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，相關(guān)技術(shù)也在持續(xù)升級(jí)換代，希望能給這個(gè)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)更多的推動(dòng)力?！笨嫡窠淌谡f(shuō)。

業(yè)內(nèi)一直認(rèn)為成本是制約合成生物產(chǎn)業(yè)工業(yè)化發(fā)展的主要瓶頸，江南大學(xué)成功將透明質(zhì)酸的成本降至每公斤幾百元，這對(duì)利用合成生物學(xué)技術(shù)，借助微生物發(fā)酵生產(chǎn)的其他產(chǎn)品產(chǎn)生一定推動(dòng)作用。中國(guó)工程院院士、原江南大學(xué)校長(zhǎng)、江南大學(xué)生物工程學(xué)院教授陳堅(jiān)指出，“一個(gè)產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用是與科技創(chuàng)新緊密相連的。當(dāng)初，最早的透明質(zhì)酸一公斤市場(chǎng)售價(jià)一萬(wàn)元，價(jià)格昂貴限制了它的應(yīng)用。隨著不斷的技術(shù)創(chuàng)新，企業(yè)進(jìn)入以后，規(guī)模做大，成本下降，應(yīng)用面就鋪開(kāi)了，這種規(guī)律是非常明確的?！?/span>

針對(duì)團(tuán)隊(duì)技術(shù)是否可以借鑒，用于開(kāi)發(fā)一些其他酶合成其他合成生物產(chǎn)品，康振表示：“其實(shí)，和透明質(zhì)酸一樣，其他多糖的分子量也會(huì)影響其生物物理和生物化學(xué)性質(zhì)。我們開(kāi)發(fā)的分子量控制手段其他生物多糖產(chǎn)品都可以借鑒，只是其他多糖體現(xiàn)出的生物物理和生物化學(xué)活性與透明質(zhì)酸有本質(zhì)區(qū)別。合成生物學(xué)的基礎(chǔ)理論方法都是通用的，比如新酶挖掘過(guò)程、酶的定向進(jìn)化策略；對(duì)現(xiàn)有的、天然存在的生物系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和改造；創(chuàng)造非自然的‘生物結(jié)構(gòu)’等方面都是可以借鑒的，可以借助這些技術(shù)手段來(lái)提高其他產(chǎn)品的產(chǎn)量并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)?！?/span>

江南大學(xué)團(tuán)隊(duì)在合成生物學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)了透明質(zhì)酸大產(chǎn)量推廣應(yīng)用，我國(guó)也成為有能力進(jìn)行全類型透明質(zhì)酸生物制造的國(guó)家。它標(biāo)志著合成生物學(xué)正逐步從實(shí)驗(yàn)室走向現(xiàn)實(shí)生活，未來(lái)在食品科學(xué)、環(huán)境保護(hù)、新材料開(kāi)發(fā)等多個(gè)領(lǐng)域，都將看到其活躍的身影。隨著研究的不斷深入，合成生物學(xué)的應(yīng)用邊界將被不斷拓寬，為解決人類面臨的諸多挑戰(zhàn)提供新的解決方案。

責(zé)任編輯：王燦燦 校對(duì)：海洋