2023年6月3日,以“科技筑底 创新引领”为主题的中国(济南)透明质酸产业大会在山东济南隆重开幕。同期,“细胞工厂与功能糖生物制造会议”暨第四届生物活性物系列会议也重磅召开。来自北京化工大学、中国科学院过程工程研究所、上海交通大学、山东大学、江南大学等数十位知名专家学者出席论坛,共同就功能糖领域发展现状以及新趋势、新成果展开权威解读和多方探讨,助推功能糖产业及相关技术创新高质量落地。

图:华熙生物首席科学家郭学平在会议进行分享

华熙生物首席科学家郭学平分享糖胺聚糖生物合成进展

作为企业方代表,华熙生物首席科学家郭学平出席论坛,并以“糖胺聚糖生物合成进展”为主题进行分享。透明质酸、肝素、硫酸软骨素是糖胺聚糖中应用最广泛的三种,据数据显示,全球透明质酸和硫酸软骨素原料超过80%产自中国,而肝素原料也有超过60%产自中国。会上,郭学平博士对透明质酸、肝素、硫酸软骨素等应用最广泛的三种糖胺聚糖生物合成进展进行了介绍,并且分享了华熙生物在相关领域的合成生物技术应用及成果。

透明质酸是人体自源性物质,因具有良好的保水性、润滑性及生物相容性等,广泛应用于医药、医美、化妆品及功能食品等领域。透明质酸生产技术在不断进步,应用场景不断扩大。在透明质酸领域重要的三次产业革命中,华熙生物以微生物发酵法大规模生产透明质酸和全球首创酶切法规模化生产寡聚透明质酸,主导和引领了后两次产业革命。目前合成生物学工程菌发酵可以替代传统的鸡冠提取法、野生菌发酵法,具备安全底盘细胞、合成途径重构优化、发酵水平显著提高等优势。与之前的微生物发酵法从每升提取液中提取16-17g透明质酸相比,目前华熙生物通过合成生物技术可以做到从每升提取液中提取74g透明质酸,透明质酸产率提升超过四倍,技术水平领先全球。

此外,针对如目前透明质酸生物合成领域存在的产量和分子量不可兼得的研究瓶颈,郭学平博士指出了优化发酵条件以平衡HA合成与细胞生长的关系、加强HA前体供给等应对策略。同时,郭学平博士对透明质酸生物合成领域的重要方向如系统生物学解析高分子HA合成机制、高产HA的分子生物学验证、兽疫链球菌高产HA的代谢工程改造等进行了行业前景展望。

图:透明质酸生物合成的行业前景

肝素在细胞膜和细胞外基质中广泛存在,临床上主要作为抗凝药物,另外在抗肿瘤、抗炎、抗病毒方面也有显著效果。肝素有动物源提取肝素、全化学法合成肝素、生物合成等不同生产方法,而前两者分别存在供应链脆弱、质量难控以及产率低价格昂贵等问题,迫切需要建立低成本高效肝素糖链合成体系。目前,华熙生物研发生物合成法生产肝素,降本增效,可以改变药物原料完全依赖动物来源这一现状,并通过创新技术助力合成酶系迭代升级,一步法合成肝素、逐步实现规模化制备以及助力新药物的开发。

硫酸软骨素分布于细胞中,具有多样的生物学活性,如抗炎、抗氧化、降血脂、抗凝血、改善食物风味色泽口感、保湿等,被广泛应用于药品、食品、护肤品等领域。中国是硫酸软骨素最大的生产国和输出国,超过80%的硫酸软骨素原料均由我国企业提供。不同于此前的动物组织提取法,生物合成法生产硫酸软骨素将不受原料限制,同时环境友好度高、结构均一。华熙生物目前已建立硫酸软骨素的前体发酵和纯化工艺,产率达到8-10g/L,纯度达到95%以上,并开发了华熙专利软骨素水解酶,建立了饱和软骨素寡聚糖的分子量可控生产,分子量可控到10000Da以下。

经过郭学平博士的介绍和分享,人们对合成生物技术给人类生产生活带来的变革和影响有了更加深入的认知,也引发了大家对生物科技如何更好作用于产业发展的思考。

华熙生物率先布局合成生物,以原料创新引领产业变革

纵观历史,每次新原料的出现和原料生产技术的重大革命,都为行业带来最根本的质变,进而赋能产业升级。合成生物所带来的是“造物革命”,其通过生物基材料替代原来的石化基来源及动物提取、植物提取、化学提取等,将颠覆传统生产方式,同时降低能耗、减少碳排放,有望进一步放大企业成本优势。

以红景天苷为例,传统获得红景天苷的成本高达30000元/公斤,而通过合成生物生产,不受原料影响,每公斤生产成本低于500元。同时,合成生物让生产过程更绿色、更环保。据天风证券数据,生物技术的应用可以降低工业过程能耗15%-80%,原料消耗35%-75%,减少空气污染50%-90%,水污染33%-80%。世界自然基金会(WWF)预估,2030年工业生物技术每年将可降低10亿至25亿吨二氧化碳排放。

可以看到,合成生物生产方式具备原料来源可控、大幅降本增效、绿色环保等优势。在全球可持续发展背景下,合成生物将汇聚成巨大的产业化优势,推动农业、生物医药、能源与新材料等多领域高质量发展。

华熙生物从2018年开始布局合成生物。作为知名生物科技公司和生物材料公司,目前华熙生物是国内“唯一”集合成生物“完整研发创新能力、中试转换和产业化能力、以及产品应用和市场转化能力”等三大能力为一体的合成生物企业,拥有底盘细胞设计能力,产业转化优势和终端市场化优势。

当前华熙生物已经搭建完成合成生物学全产业链平台,同时积极打通产学研,与清华大学、江南大学、北京化工大学等多家高校和科研院所展开了合成生物相关领域的研发共创与合作,并且华熙生物已建成全球最大的中试转化平台,在二十余年发酵优势助力下,加速合成生物学科研成果转化落地。在市场渠道和品牌建设上,华熙生物拥有终端消费品市场化优势,并且能够前瞻性洞察市场需求,进而为原料研发提供思路指导。此外,华熙生物还自主建设了全球首座合成生物科学馆,向社会大众传递合成生物科学知识,为合成生物产业发展助力。

华熙生物主要聚焦在功能糖、蛋白质、多肽、氨基酸、核苷酸、天然活性化合物等有助于生命健康的生物活性物开发和产业化应用。除透明质酸外,利用合成生物技术,华熙生物在gamma-氨基丁酸、5-氨基乙酰丙酸、依克多因、麦角硫因、人乳寡糖、硫酸软骨素、肝素、胶原蛋白、beta-烟酰胺单核苷酸(NMN)等生物活性物上逐步实现产业转化。而这些物质将拓展终端健康消费品创新边界,让合成生物技术最终服务于医疗健康、护肤品、食品饮料、造纸、消杀、宠物等领域,带给人们消费新体验。

以生物活性物原料为创新策源地,华熙生物将充分发挥龙头企业的引领作用,在合成生物技术加持下,持续领航产业链上下游共同发展,为人类带来健康、美丽、快乐的生命体验。