找到底盘细胞，进行合理改造

通过合成生物学技术研发生产PHA，关键在于找准能产生PHA的菌种，也被称为底盘细胞。底盘细胞的代谢特性不同，更擅长生产自身代谢涉及的物质，所以要对底盘细胞进行合理的设计改造，构建具有特定功能的人工制造体系，以实现发酵效率的优化（终端产物生成速率高、生物量高等）。“最初菌种的选择、开发，决定了后面所有的工艺和成本，选对菌种，可以说成功了一半。”微构工场联合创始人吴赴清告诉36氪。

图源：天风证券研报

微构工场选择的Halomonas TD是一种嗜盐菌，由陈国强教授团队早年在新疆艾丁湖发现，当地酷热干燥，该菌种能够在盐浓度200g/升的环境下生存，耐高盐、高碱。由于其它杂菌无法在高盐度的培养基下生存，所以在发酵过程中，嗜盐菌不易被其它杂菌影响。“不染菌”这一特性，使得微构在生产PHA的过程中省去高温灭菌这一步骤。另一位联合创始人兰宇轩以“三把锁”比喻为何能抑制杂菌生长：一是较高盐浓度，二是碱性生长环境，三是微构特有菌株生长速度快，也会抑制其它微生物生长。那么，在生产过程中，高盐浓度的培养基是否会造成发酵罐的腐蚀、废水处理可通过哪些方法节能减耗？吴赴清表示这是很多人关注的问题，“盐水腐蚀钢铁，是要在酸性环境下，微构的培养基正好是碱性的，不会腐蚀不锈钢。此前我们在山东一家代工厂做中试，做了七年，到现在并没有发生腐蚀。”此外，微构的菌株已经历过十多个版本的迭代升级：最早一代菌株需在60g/升的盐浓度下培养，但当前最新菌株在10g/升的盐浓度下即可。“这一盐浓度，再加上提取时还会用到一部分水，混在一起我们废水中盐浓度大概是5g/升，目前所有的水处理系统都可以处理掉。”“因为嗜盐菌发酵不需要高温、高压灭菌，所以在规模化生产时，建设产线的要求和成本比较低，”吴赴清告诉36氪，微构生产菌株所使用的碳源是植物光合作用获得的葡萄糖，从原料成本来看，葡萄糖的价格约为3000元/吨，当前技术条件下转化为PHA的比率约为3:1。“未来如果用餐厨垃圾、秸秆水解糖作为碳源，成本还将进一步降低。”

从中试、小规模试产到大规模量产

通过合成生物技术生产PHA，是一个长周期的链条：实验室研发阶段的基因编辑、DNA合成等环节至关重要，但最终产品的质量还取决于发酵、分离、纯化等生产工艺。“菌株改造后，要进行小试、中试，这个过程中会出现各种各样的问题，需要不断地通过数据反馈再进行优化，中试的道路跑通后，到了量产环境下，各种生产条件又会发生改变，要再继续摸索，最终才能确定下来一个量产的工艺方案。”

从嗜盐菌发现、到分子控制、再到下游应用产品，企业供图

兰宇轩介绍，中试阶段，在5立方米（发酵罐体积）的规模下，进行了六七年的探索优化。“比如一开始PHA的菌株对氧气的利用率很低，我们尝试导入血红蛋白，血红蛋白可以结合氧气、提高它的氧气利用率。”工艺成熟后，从中试走向200立方米的小规模试产，微构也进行了多项的改进。比如生产过程中，调整添加原料的时间、进而调节细胞的反应速率。另外，针对下游分离纯化环节，实验人员对微生物表面产生电荷的蛋白进行筛选，并选取了其中几个重要的基因进行了敲除，从而使得菌株能够自凝絮和自沉降，方便分离。“合成生物学需要大量的基础研究，把一个从土里挖出来的菌种，变成一个想做什么改造都可以快速实现的材料，背后有上百位博士生十数年心血。”吴赴清告诉36氪。另外，在知识产权保护方面，除了现有的数十项专利授权、发明专利外，微构工场与陈国强教授团队签署了技术委托开发协议，未来六年清华合成生物学实验室将与微构合作，继续在嗜盐菌和PHA领域的研发合作。如前所述，PHA是一类高分子材料的总称，包括PHBHHx、P34HB，P34HBHV等150多种类型的材料。兰宇轩表示，通过调节单体比例，PHA材料的性能变化范围很广，除了可用于塑料袋、吸管、塑封膜等日用品外，由于PHA材料具备高生物相容性，还可用于医美填充材料、手术缝线等高值医用耗材。

通过PHA可生产的应用产品，企业供图

微构设想建设一个PHA研发生产平台，可以通过不同菌株和配方、工艺，生产各类PHA产品。在商业化方面，除了自研、自产的管线，后续也将尝试与下游客户合作研发等方式。当前，国内合成生物学企业投融资火热，数家企业获得大额融资，如蓝晶微生物、恩和生物（Bota Bio）等。根据CB Insights 分析数据显示，预计到2024年合成生物学市场规模将达189亿美元，2019-2024年复合增长率达28.8%。

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