江南大學生物制造技術(shù)降本透明質(zhì)酸

李莉

近日，江南大學生物制造創(chuàng)新團隊將透明質(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)，江南大學未來食品科學中心合成生物創(chuàng)新團隊榮獲第十九屆“江蘇五四青年獎?wù)隆保搱F隊利用合成生物學技術(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，實現(xiàn)了透明質(zhì)酸大產(chǎn)量推廣應(yīng)用。

江南大學合成生物的研究成果不僅展現(xiàn)了合成生物學的無限魅力，更為全球透明質(zhì)酸市場帶來了翻天覆地的變化。該技術(shù)團隊通過對微生物進行精準的基因工程改造，使其化身為高效的“細胞工廠”，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現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。對于行業(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，大大減輕了對傳統(tǒng)動植物資源的依賴，為這些行業(yè)開辟了全新的原料供應(yīng)途徑。

江南大學先進技術(shù)研究院副院長、未來食品科學中心合成生物創(chuàng)新團隊成員康振教授表示，江南大學通過生物技術(shù)生產(chǎn)出來的透明質(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控制。相關(guān)的技術(shù)歷經(jīng)十幾年的開發(fā)，在2019年取得了里程碑式的進展，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)評估和繼續(xù)發(fā)展更新。

“我國作為透明質(zhì)酸生產(chǎn)大國，相關(guān)產(chǎn)業(yè)面臨的問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?，“針對這些問題，研究團隊取得了兩項關(guān)鍵成果：一是采用合成生物學技術(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，超過國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?！?/p>

他進一步表示，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，終端市場的成本取決于公司對透明質(zhì)酸具體的運用場景、技術(shù)使用的熟練度等多方面因素。

據(jù)了解，江南大學該團隊低分子量透明質(zhì)酸“一步發(fā)酵”技術(shù)可以讓發(fā)酵和切割同步進行，且更加精準地控制透明質(zhì)酸糖鏈合成延伸和降解、解聚的協(xié)同過程，新技術(shù)的優(yōu)勢在于生產(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。

康振教授表示，團隊技術(shù)覆蓋了高、中、低透明質(zhì)酸發(fā)酵生產(chǎn)，是一個完整的“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，所以，利用“技術(shù)包”可以實現(xiàn)全分子量類型透明質(zhì)酸的工業(yè)級生產(chǎn)。

近年來麥角硫因、氨基酸以及透明質(zhì)酸的原料價格因為用了合成生物技術(shù)而大幅下降，證明了合成生物技術(shù)在一個個點上是有突破的，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)上能有革命性進展，從而降低整體合成生物產(chǎn)業(yè)的成本?！胺浅ｉ_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)升級換代，希望能給這個產(chǎn)業(yè)帶來更多的推動力?！笨嫡窠淌谡f。

業(yè)內(nèi)一直認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，江南大學成功將透明質(zhì)酸的成本降至每公斤幾百元，這對利用合成生物學技術(shù)，借助微生物發(fā)酵生產(chǎn)的其他產(chǎn)品產(chǎn)生一定推動作用。中國工程院院士、原江南大學校長、江南大學生物工程學院教授陳堅指出，“一個產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用是與科技創(chuàng)新緊密相連的。當初，最早的透明質(zhì)酸一公斤市場售價一萬元，價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)進入以后，規(guī)模做大，成本下降，應(yīng)用面就鋪開了，這種規(guī)律是非常明確的。”

針對團隊技術(shù)是否可以借鑒，用于開發(fā)一些其他酶合成其他合成生物產(chǎn)品，康振表示：“其實，和透明質(zhì)酸一樣，其他多糖的分子量也會影響其生物物理和生物化學性質(zhì)。我們開發(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活性與透明質(zhì)酸有本質(zhì)區(qū)別。合成生物學的基礎(chǔ)理論方法都是通用的，比如新酶挖掘過程、酶的定向進化策略；對現(xiàn)有的、天然存在的生物系統(tǒng)進行重新設(shè)計和改造；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)手段來提高其他產(chǎn)品的產(chǎn)量并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)?！?/p>

江南大學團隊在合成生物學領(lǐng)域的技術(shù)突破，實現(xiàn)了透明質(zhì)酸大產(chǎn)量推廣應(yīng)用，我國也成為有能力進行全類型透明質(zhì)酸生物制造的國家。它標志著合成生物學正逐步從實驗室走向現(xiàn)實生活，未來在食品科學、環(huán)境保護、新材料開發(fā)等多個領(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。