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黃酒、醬油、醋，這些調(diào)味料是不是不起眼？腐乳、臭鱖魚、螺螄粉，這些“美味”是不是上不了“臺(tái)面”？它們看起來很簡(jiǎn)單，背后卻是人類利用微生物產(chǎn)生各種風(fēng)味物質(zhì)。

這一系列技術(shù)由來已久，從釀酒，到生產(chǎn)青霉素，再到生產(chǎn)胰島素/抗體藥，每一次技術(shù)革新都能帶來劃時(shí)代的變化。

現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)可以編輯基因，對(duì)微生物細(xì)胞進(jìn)行重新編程或從頭設(shè)計(jì)，把它們做成更高效的“細(xì)胞工廠”，生產(chǎn)更有價(jià)值的生物活性物，這就是合成生物學(xué)。

三代生物科技變革：從自然發(fā)酵到合成生物

酒、青霉素、胰島素，這三者都是利用微生物發(fā)酵產(chǎn)生的物質(zhì)，但它們的生產(chǎn)工藝有本質(zhì)區(qū)別，分別使用了多微生物自然發(fā)酵、單一微生物定向發(fā)酵，和利用合成生物技術(shù)設(shè)計(jì)改造微生物進(jìn)行定向發(fā)酵，用來更高效地生產(chǎn)純度更高的產(chǎn)品。

首先是人類利用多種天然微生物釀酒。釀酒一般包括兩步，第一步將大米、小麥的淀粉分解成糖類，這個(gè)叫作糖化；第二步將葡萄糖通過糖酵解和脫羧產(chǎn)生乙醇。兩步用不同的微生物，第一步往往用到黑曲霉、米曲霉這些真菌；第二步用了釀酒酵母，兩步合到一起做成酒曲，把糧食變成酒。

多種微生物組合、糧食原料本身品質(zhì)的差異，給酒帶來獨(dú)特風(fēng)味，但也帶來了問題：酒的品質(zhì)無法保證。比如82年的拉菲賣3萬，而83年的就只要6千。品控問題放在酒上還好，但放在青霉素、胰島素等藥品上就不行了。

所以產(chǎn)生單一化合物，勢(shì)必要控制發(fā)酵原料的質(zhì)量，并且從多種微生物組合變成單一微生物，盡可能減少變量。

1928年，弗萊明從青霉中找到一種可以殺死葡萄球菌的物質(zhì)——青霉素，對(duì)整個(gè)健康領(lǐng)域是一次極大革新，拯救了很多人的生命。

除了青霉素本身很有意思外，青霉素的生產(chǎn)也很有特點(diǎn)?；瘜W(xué)合成青霉素并不容易，所以它是通過青霉發(fā)酵生產(chǎn)的。但生產(chǎn)青霉素不是生產(chǎn)酒，所以生產(chǎn)青霉素時(shí)，會(huì)使用單一且穩(wěn)定的菌株，使批次間的青霉素質(zhì)量差異變得更小。

青霉生產(chǎn)青霉素，還是自己生產(chǎn)自己本身有的東西。但有時(shí)候，人會(huì)希望利用“細(xì)胞工廠”產(chǎn)生它本身沒有的東西。比如說：胰島素。

很早之前，人們就發(fā)現(xiàn)胰腺提取物可以幫助糖尿病患者降糖。禮來公司（Eli Lilly）曾經(jīng)從動(dòng)物胰腺中提取胰島素，雖然藥效可以穩(wěn)定到25%，批次間差異可以控在10%以內(nèi)，但產(chǎn)量低得驚人。1965年，中國科學(xué)家通過化學(xué)合成的方式在世界上第一次合成了結(jié)晶牛胰島素，但這種合成方式成本極高，根本不能投入工業(yè)化生產(chǎn)。

直到1979年，Genentech公司在大腸桿菌中表達(dá)胰島素A/B鏈蛋白，做出了第一個(gè)重組人源胰島素。隨后，Genetech和禮來合作，制造了第一個(gè)人胰島素HumulinR（優(yōu)泌林）。

現(xiàn)在看來，重組人源胰島素這個(gè)工作相當(dāng)容易，簡(jiǎn)單來說就是把人胰島素的A/B鏈蛋白的編碼DNA分別裝到到大腸桿菌里，誘導(dǎo)產(chǎn)生蛋白，再通過一個(gè)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生A-B鏈中間的二硫鍵，人胰島素就完成了。

但如果放到當(dāng)時(shí)，是劃時(shí)代的技術(shù)。人類第一次制造出了當(dāng)時(shí)極其貴價(jià)的人胰島素，幫助了無數(shù)人。這種操作基因，改造“細(xì)胞工廠”，產(chǎn)生高價(jià)值化合物的技術(shù)算是合成生物學(xué)的雛形。

現(xiàn)代合成生物學(xué)究竟在做什么？

上面的人胰島素，只能說是合成生物學(xué)的早期應(yīng)用。隨著DNA測(cè)序技術(shù)、DNA合成技術(shù)、基因編輯技術(shù)的不斷完善，人類開始像搭積木一樣編輯DNA元件，可以快速改造“細(xì)胞工廠”，各種各樣的調(diào)控元件也越來越多。

比如光控表達(dá)的啟動(dòng)子、溫度敏感的啟動(dòng)子、化學(xué)誘導(dǎo)表達(dá)的啟動(dòng)子。科學(xué)家們可以隨時(shí)隨地改變一個(gè)化合物的表達(dá)量、表達(dá)純度。

所有一切只為了一個(gè)目的：讓“細(xì)胞工廠”更可控、更高效。

2003年成立的合成生物學(xué)老牌大廠Amyris，最富盛名的是他們通過酵母/甘蔗合成角鯊?fù)椋ㄗo(hù)膚原料）。另外，Amyris還生產(chǎn)青蒿酸（青蒿素前體）、香精、甜味劑等等。

另外一家好玩的公司ImpossibleFood，主打產(chǎn)品是人造肉，就是素肉。

國內(nèi)比較有名的合成生物學(xué)企業(yè)Bluepha藍(lán)晶生物，代表性產(chǎn)品是PHA（聚羥基脂肪酸酯，一種由微生物產(chǎn)生的塑料）。

除此以外，國內(nèi)也有做高價(jià)值生物活性物質(zhì)的公司，比如老牌生物科技大廠華熙生物，之前就通過第二代生物技術(shù)定向發(fā)酵法生產(chǎn)很多生物活性物，如透明質(zhì)酸、麥角硫因、依克多因、GABA氨基丁酸等產(chǎn)品，目前正在利用其打造的合成生物學(xué)技術(shù)平臺(tái)獲得更多生物活性物，如麥角硫因、膠原蛋白，紅景天苷等。

總體來說，現(xiàn)代合成生物學(xué)做什么很重要，目前都在選擇高價(jià)值、低碳、對(duì)大眾有普世作用的生物活性物質(zhì)作為生產(chǎn)目標(biāo)。

另外，華熙生物還在北京大興建設(shè)了華熙生物合成生物技術(shù)國際創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)基地，以及合成生物科學(xué)館，目前華熙生物在合成生物學(xué)的布局已經(jīng)開始初見規(guī)模了。它算是目前國內(nèi)為數(shù)不多戰(zhàn)略布局合成生物學(xué)的大廠。

大廠布局新領(lǐng)域，優(yōu)勢(shì)很明顯。據(jù)悉，華熙生物是目前國內(nèi)“唯一”集“合成生物”完整研發(fā)創(chuàng)新能力、中試轉(zhuǎn)換和產(chǎn)業(yè)化能力、以及產(chǎn)品應(yīng)用和市場(chǎng)轉(zhuǎn)化能力”三大能力為一體的合成生物企業(yè),具有牽頭建設(shè)企業(yè)創(chuàng)新聯(lián)合體的能力。

華熙生物具備底盤細(xì)胞開發(fā)的能力，并且在微生物發(fā)酵工藝上已經(jīng)做了20多年，發(fā)酵技術(shù)水平較高，很有發(fā)酵經(jīng)驗(yàn)；同時(shí)手握透明質(zhì)酸、麥角硫因、依克多因、GABA等多個(gè)自主專利的原料，有成熟的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化平臺(tái)。應(yīng)用合成生物學(xué)，進(jìn)一步壓縮生物活性物質(zhì)的生產(chǎn)成本，讓市場(chǎng)卷起來。相信未來也會(huì)有更多公司使用合成生物學(xué)，生產(chǎn)出更純凈、更高效、價(jià)格更低廉的產(chǎn)品。