近年來(lái)，合成生物學(xué)正以前所未有的速度改變著生物制造領(lǐng)域。作為生命科學(xué)與工程技術(shù)交叉的前沿學(xué)科，它通過(guò)對(duì)生物系統(tǒng)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，使微生物、植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞能夠高效合成目標(biāo)化合物，涵蓋醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化學(xué)、能源、食品等多個(gè)領(lǐng)域。

合成生物學(xué)應(yīng)用方向

合成生物學(xué)如何賦能生物制造？

合成生物學(xué)將生物制造從“自然發(fā)現(xiàn)”推向“按需設(shè)計(jì)”?？茖W(xué)家們通過(guò)合成生物學(xué)“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試-學(xué)習(xí)（D-B-T-L）”循環(huán)不斷優(yōu)化底盤(pán)細(xì)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(lèi)產(chǎn)品。DNA測(cè)序、合成、編輯技術(shù)的巨大進(jìn)步推動(dòng)了“設(shè)計(jì)”和“構(gòu)建”階段的發(fā)展，加速了合成生物學(xué)生物平臺(tái)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(xué)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)路線

然而，在實(shí)驗(yàn)室成功的技術(shù)并不總能順利轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，這一過(guò)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(xué)企業(yè)競(jìng)相突破的關(guān)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(pán)菌種為“芯片”，通過(guò)菌種設(shè)計(jì)構(gòu)建、細(xì)胞規(guī)?；囵B(yǎng)、產(chǎn)物分離提取等過(guò)程，生產(chǎn)各種生物產(chǎn)品。盡管合成生物學(xué)具備巨大的應(yīng)用潛力，但要真正實(shí)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(guān)鍵難題：

• 底盤(pán)菌種性能受限：傳統(tǒng)表達(dá)系統(tǒng)（如大腸桿菌、酵母）在外源蛋白表達(dá)、代謝負(fù)擔(dān)、耐受性等方面存在諸多不足，導(dǎo)致蛋白降解、產(chǎn)量低、表達(dá)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(gè)基因元件，需要精準(zhǔn)調(diào)控代謝流量，避免副產(chǎn)物積累，影響目標(biāo)化合物的合成效率。

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

• 市場(chǎng)準(zhǔn)入和法規(guī)限制：醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域的生物產(chǎn)品需經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的安全性、有效性評(píng)估，認(rèn)證流程長(zhǎng)，增加了市場(chǎng)準(zhǔn)入的難度。

在合成生物學(xué)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及商業(yè)化的落地中，選擇合適的底盤(pán)細(xì)胞，并通過(guò)基因線路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)正確的代謝路徑，是確保產(chǎn)品高效生產(chǎn)的關(guān)鍵。

底盤(pán)細(xì)胞優(yōu)化如何促進(jìn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)？

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

》增強(qiáng)蛋白表達(dá)能力：通過(guò)改造啟動(dòng)子、優(yōu)化密碼子使用、增加目的基因拷貝數(shù)，提高目標(biāo)蛋白的表達(dá)水平，確保高產(chǎn)量。

》減少蛋白降解：敲除或抑制底盤(pán)菌種內(nèi)源性蛋白酶基因，減少對(duì)目標(biāo)蛋白的降解，提高目標(biāo)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(xì)胞能量和前體物質(zhì)更加集中用于目標(biāo)蛋白合成，提高代謝效率。

》提升菌株耐受性：增強(qiáng)菌株對(duì)高密度培養(yǎng)條件的適應(yīng)能力，提高其對(duì)外源蛋白表達(dá)負(fù)擔(dān)的耐受性，延長(zhǎng)細(xì)胞生長(zhǎng)期。

》提高發(fā)酵效率：優(yōu)化培養(yǎng)基配方，調(diào)控關(guān)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(jì)可行性。

泓迅生物—合成生物學(xué)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

泓迅生物擁有先進(jìn)的合成生物學(xué)賦能技術(shù)平臺(tái)，依托先進(jìn)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(pán)，推動(dòng)功能蛋白的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。目前，我們成功開(kāi)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(xì)胞培養(yǎng)、功能食品及化妝品等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的市場(chǎng)前景。

√ 重組人源化III型膠原蛋白表達(dá)酵母菌株（SynKpⅡ-hColⅢ）

√ 重組人源化I型膠原蛋白表達(dá)酵母菌株（SynKpⅡ-hColⅠ）

√ 重組人源纖連蛋白表達(dá)酵母菌株（SynKpⅡ-hFN）

√ 重組人血清白蛋白表達(dá)酵母菌株（SynKpⅡ-hHSA）

在開(kāi)發(fā)過(guò)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(gè)關(guān)鍵階段。利用高效的基因編輯手段，敲除底盤(pán)菌株（畢赤酵母）內(nèi)源蛋白酶基因并實(shí)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(biāo)蛋白的降解風(fēng)險(xiǎn)。

在眾多底盤(pán)菌種中，畢赤酵母（Pichia pastoris）因其獨(dú)特的生物學(xué)特性，成為生物制造領(lǐng)域極具潛力的表達(dá)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(jī)制與哺乳動(dòng)物細(xì)胞相似，有助于表達(dá)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(dá)可通過(guò)共表達(dá)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(dá)了多個(gè)人源重組蛋白的高效分泌表達(dá)。在搖瓶條件下即能實(shí)現(xiàn)超過(guò)1g/L的蛋白產(chǎn)量，預(yù)示在工業(yè)化發(fā)酵罐中，產(chǎn)量預(yù)計(jì)可達(dá)10g/L。

我們高度重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)與管理，已針對(duì)高分泌表達(dá)畢赤酵母菌株及其相關(guān)技術(shù)申請(qǐng)了多項(xiàng)專(zhuān)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(gè)方面。這些專(zhuān)利也為下游產(chǎn)品的應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供有力的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保障。

合成生物學(xué)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)—底盤(pán)細(xì)胞優(yōu)化

你是否在尋找合成生物學(xué)底盤(pán)菌種優(yōu)化解決方案？我們深耕合成生物學(xué)領(lǐng)域，擁有豐富的DNA合成、基因編輯和重組蛋白表達(dá)經(jīng)驗(yàn)。我們提供一站式解決方案，幫助解決畢赤酵母蛋白表達(dá)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(fèi)測(cè)試

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未來(lái)，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(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力，不斷拓展合成生物學(xué)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(kāi)放合作的理念，與更多合作伙伴攜手共進(jìn)，共同推動(dòng)生物制造技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，為人類(lèi)的健康和美好生活貢獻(xiàn)力量。

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