近年來，合成生物學正以前所未有的速度改變著生物制造領域。作為生命科學與工程技術(shù)交叉的前沿學科，它通過對生物系統(tǒng)的精準設計和優(yōu)化，使微生物、植物細胞和動物細胞能夠高效合成目標化合物，涵蓋醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化學、能源、食品等多個領域。

合成生物學應用方向

合成生物學如何賦能生物制造？

合成生物學將生物制造從“自然發(fā)現(xiàn)”推向“按需設計”?？茖W家們通過合成生物學“設計-構(gòu)建-測試-學習（D-B-T-L）”循環(huán)不斷優(yōu)化底盤細胞，使其成為高效的“生物工廠”，生產(chǎn)諸如醫(yī)藥蛋白、工業(yè)酶、食品添加劑、生物材料等各類產(chǎn)品。DNA測序、合成、編輯技術(shù)的巨大進步推動了“設計”和“構(gòu)建”階段的發(fā)展，加速了合成生物學生物平臺的建立和可研產(chǎn)品的推出，后道的發(fā)酵純化環(huán)節(jié)也經(jīng)歷了歷次更迭，向著高產(chǎn)、高純且品質(zhì)穩(wěn)定的方向發(fā)展。

合成生物學產(chǎn)品開發(fā)路線

然而，在實驗室成功的技術(shù)并不總能順利轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)化應用，這一過程往往面臨諸多挑戰(zhàn)。如何提高生產(chǎn)效率、降低制造成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量，成為全球合成生物學企業(yè)競相突破的關鍵。

生物制造產(chǎn)業(yè)化落地面臨的挑戰(zhàn)？

生物制造以底盤菌種為“芯片”，通過菌種設計構(gòu)建、細胞規(guī)?；囵B(yǎng)、產(chǎn)物分離提取等過程，生產(chǎn)各種生物產(chǎn)品。盡管合成生物學具備巨大的應用潛力，但要真正實現(xiàn)工程菌株的構(gòu)建及大規(guī)模商業(yè)化，還需克服以下關鍵難題：

• 底盤菌種性能受限：傳統(tǒng)表達系統(tǒng)（如大腸桿菌、酵母）在外源蛋白表達、代謝負擔、耐受性等方面存在諸多不足，導致蛋白降解、產(chǎn)量低、表達不穩(wěn)定。

• 代謝工程優(yōu)化難度大：代謝通路的構(gòu)建涉及多個基因元件，需要精準調(diào)控代謝流量，避免副產(chǎn)物積累，影響目標化合物的合成效率。

• 規(guī)?；a(chǎn)挑戰(zhàn)：實驗室階段的菌株往往難以適應工業(yè)化生產(chǎn)環(huán)境，放大生產(chǎn)可能導致生長停滯、產(chǎn)量下降、發(fā)酵成本增加。

• 市場準入和法規(guī)限制：醫(yī)藥、食品等領域的生物產(chǎn)品需經(jīng)過嚴格的安全性、有效性評估，認證流程長，增加了市場準入的難度。

在合成生物學產(chǎn)品開發(fā)及商業(yè)化的落地中，選擇合適的底盤細胞，并通過基因線路設計實現(xiàn)正確的代謝路徑，是確保產(chǎn)品高效生產(chǎn)的關鍵。

底盤細胞優(yōu)化如何促進產(chǎn)品開發(fā)？

通過基因編輯、基因工程和代謝工程手段，科學家們可以優(yōu)化微生物底盤菌種，使其具備高效合成、穩(wěn)定表達、耐受復雜環(huán)境等特性，從而實現(xiàn)更高效的生物制造。

》增強蛋白表達能力：通過改造啟動子、優(yōu)化密碼子使用、增加目的基因拷貝數(shù)，提高目標蛋白的表達水平，確保高產(chǎn)量。

》減少蛋白降解：敲除或抑制底盤菌種內(nèi)源性蛋白酶基因，減少對目標蛋白的降解，提高目標蛋白的穩(wěn)定性和純度。

》優(yōu)化代謝通路：調(diào)整碳代謝、氮代謝及其他輔助代謝路徑，使細胞能量和前體物質(zhì)更加集中用于目標蛋白合成，提高代謝效率。

》提升菌株耐受性：增強菌株對高密度培養(yǎng)條件的適應能力，提高其對外源蛋白表達負擔的耐受性，延長細胞生長期。

》提高發(fā)酵效率：優(yōu)化培養(yǎng)基配方，調(diào)控關鍵代謝酶的活性，縮短發(fā)酵周期，降低生產(chǎn)成本，使產(chǎn)業(yè)化更具經(jīng)濟可行性。

泓迅生物—合成生物學產(chǎn)品開發(fā)

泓迅生物擁有先進的合成生物學賦能技術(shù)平臺，依托先進的DNA合成、基因編輯和代謝工程技術(shù)，打造高效的畢赤酵母底盤，推動功能蛋白的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。目前，我們成功開發(fā)出如重組膠原蛋白、重組人源纖連蛋白、重組人血清白蛋白等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品在生物醫(yī)藥、組織工程、細胞培養(yǎng)、功能食品及化妝品等領域展現(xiàn)出廣闊的市場前景。

√ 重組人源化III型膠原蛋白表達酵母菌株（SynKpⅡ-hColⅢ）

√ 重組人源化I型膠原蛋白表達酵母菌株（SynKpⅡ-hColⅠ）

√ 重組人源纖連蛋白表達酵母菌株（SynKpⅡ-hFN）

√ 重組人血清白蛋白表達酵母菌株（SynKpⅡ-hHSA）

在開發(fā)過程中，我們經(jīng)歷了從菌株構(gòu)建、基因編輯、菌株篩選、發(fā)酵工藝優(yōu)化等多個關鍵階段。利用高效的基因編輯手段，敲除底盤菌株（畢赤酵母）內(nèi)源蛋白酶基因并實現(xiàn)目的基因的高拷貝整合，顯著提高了重組蛋白的產(chǎn)量，并降低了目標蛋白的降解風險。

在眾多底盤菌種中，畢赤酵母（Pichia pastoris）因其獨特的生物學特性，成為生物制造領域極具潛力的表達系統(tǒng)。畢赤酵母屬于真核生物，其蛋白質(zhì)翻譯后修飾和折疊機制與哺乳動物細胞相似，有助于表達出具有生物活性的重組膠原蛋白。此外，重組膠原蛋白在畢赤酵母中的表達可通過共表達脯氨酸-羥化酶，使其羥基化程度更接近天然膠原蛋白，從而提高其生物活性。隨著發(fā)酵工藝的不斷優(yōu)化，重組膠原蛋白的產(chǎn)量顯著提高，具備工業(yè)化生產(chǎn)前景。

案例分享

我們利用該系列重組菌株成功表達了多個人源重組蛋白的高效分泌表達。在搖瓶條件下即能實現(xiàn)超過1g/L的蛋白產(chǎn)量，預示在工業(yè)化發(fā)酵罐中，產(chǎn)量預計可達10g/L。

我們高度重視知識產(chǎn)權(quán)的保護與管理，已針對高分泌表達畢赤酵母菌株及其相關技術(shù)申請了多項專利，涵蓋了菌株篩選、基因編輯、發(fā)酵工藝優(yōu)化以及產(chǎn)物純化等多個方面。這些專利也為下游產(chǎn)品的應用開發(fā)提供有力的知識產(chǎn)權(quán)保障。

合成生物學產(chǎn)品開發(fā)—底盤細胞優(yōu)化

你是否在尋找合成生物學底盤菌種優(yōu)化解決方案？我們深耕合成生物學領域，擁有豐富的DNA合成、基因編輯和重組蛋白表達經(jīng)驗。我們提供一站式解決方案，幫助解決畢赤酵母蛋白表達和基因改造的需求，最大限度縮短研發(fā)周期。

》菌株樣品——免費測試

》合成生物學產(chǎn)品手冊——免費下載

未來，泓迅生物將繼續(xù)依托自身在DNA合成、基因編輯、菌株改造等領域的核心競爭力，不斷拓展合成生物學產(chǎn)品，為全球客戶提供更加高效、可持續(xù)的生物制造解決方案。我們將繼續(xù)秉承開放合作的理念，與更多合作伙伴攜手共進，共同推動生物制造技術(shù)的進步和發(fā)展，為人類的健康和美好生活貢獻力量。

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