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國內合成生物學領域出現新頭部玩家!萬億生物制造行業迎來新型開拓者

2020-09-25 來源:中國企業網責任編輯:中國企業 瀏覽數:1552 中國企業網_中國企業全球門戶網站

核心提示:未來 10-20 年,4 萬億美元的經濟價值將由合成生物主導。2020 年 6 月,麥肯錫在《生物革命:創新將改變經濟、社會和我們的生活》報告中,用這句話總結合成生物產業的未來價值。三個月后的 9 月初,一家合成生物技術

“未來 10-20 年,4 萬億美元的經濟價值將由合成生物主導。”

 

2020 年 6 月,麥肯錫在《生物革命:創新將改變經濟、社會和我們的生活》報告中,用這句話總結合成生物產業的未來價值。

 

三個月后的 9 月初,一家合成生物技術平臺初創公司,恩和生物 Bota Biosciences(以下簡稱“Bota Bio”),宣布完成 1500 萬美元 A 輪融資。本輪融資由經緯中國領投,夏爾巴投資、BV 百度風投等機構跟投。

 

Bota Bio 成立于 2019 年,首席執行官是哈佛 - 麻省理工學院醫學工程和生物物理博士 Cheryl Cui,她曾入選 2018 年美國福布斯醫療健康 “30 under 30” 榜單;聯合創始人盧冠達(Timothy K. Lu)是麻省理工學院電子工程與生物工程副教授,他參與創辦的合成生物公司 Synlogic 已于納斯達克上市;首席技術官 Chia-Hong Tsai 博士來自于全球頂尖生物合成公司 Amyris,曾實現多個生物基產品的產業化。

 

除此之外,Bota Bio 的主要團隊成員均擁有工業生物技術研發和產業化經驗,核心技術團隊完整覆蓋生物計算、菌株工程和發酵工藝等各個技術模塊。技術高管來自于 Amyris,生物酶工程巨頭 Codexis、Ginkgo Bioworks、Intrexon、Joyn Bio 等。此前,該團隊曾成功開發 8 種產品,均已實現?業?規模?產。

 

Bota Bio 本輪融資的背后正在孕育著一股浪潮式的革新力量,它始于合成生物學的理念,發于工程化思維的運用,致力于給傳統化工產業開拓新的技術路徑。當下,全球生物技術產業蓄勢待發,具備研發創新和產業化經驗的 Bota Bio,必將在其中扮演重要角色。


 

開啟生物制造的可能性

 

生物制造(Bio-Enabled Manufacturing)并非停留在理論層面上,人類早已開始享受其所帶來的種種福利。早在 1971 年,斯坦福大學伯格實驗室完成了史上第一次胞外 DNA 重組和基因工程,奠定了生物制造的基礎。1978 年,科學家成功通過基因工程技術利用大腸桿菌生產胰島素,并且這項技術很快就得到廣泛應用,這讓全球數以億計的糖尿病人不再受困于胰島素的匱乏及其高不可攀的價格——之前人類依靠從豬、牛等動物的胰腺中提取胰島素,一個糖尿病人每年所用的胰島素需要數十頭、數百頭甚至上千頭牛來生產。

 

再后來,隨著技術發展,我們利用重組細胞和合成微生物生產了用于預防乙肝、狂犬病等各種傳染性疾病的疫苗。合成生物也進入了我們的日常生活,比如說生物工程技術改進的洗滌劑——現在的洗衣粉或洗衣液,去污效果遠好于二十年前的同類產品,重點是因為其中添加了微生物生產的各類酶,它們能迅速分解、剝離那些附著在衣服中的油脂、蛋白質及其它污垢。

 

如今,中國的生物制造行業年產量已實現逾 2000 萬噸,尤其是氨基酸和維生素等產品的開發,不論是生產技術還是產量均居于世界領先地位。但中國還不能定義為真正意義上的生物制造強國,其中問題是國內目前的生物基品種主要集中在大宗低附加值產品的發酵生產,缺乏高附加值產線的布局。合成生物學從工程化的思維方式切入,引入了基因改造、元件設計組裝等理念,實現了酶工程(Enzyme Engineering)和菌株工程(Strain Engineering)的系統化和智能化,進一步提升了生物制造的潛力。而搭建國際先進水平的合成生物技術平臺,將成為生物制造工業轉型和升級的關鍵,將進一步完善研產結合的產業生態。

 

然而,與合成生物學真正的潛力相比,這半個世紀它帶給我們的實際應用還遠遠未達預期。問題在于在傳統實驗室中改造、篩選具有目標功能的微生物,是一項極為低效和昂貴的工作。許多科學家或科研團隊投入數十年,也未必能 “合成” 一個具有實際工業應用價值的微生物。合成微生物因其高復雜性,必須以低成本快速持續地運行 “設計-構建-測試-學習” 循環,來進行大量的試錯和實驗。然而必要的大量試錯和實驗,將遠超傳統勞動密集型研究的能力,這帶動了對 “生物鑄造廠(Bio-foundry)” 自動化高通量研究平臺的需求。

 

Bota Bio 搭建的生物鑄造廠,用 “集成化”、“自動化”、“模塊化”的解決方式,高效精準改造、高通量有效篩選目標微生物。

 

一邊是市場需求,一邊是技術革新

 

過去一個多世紀,人們已經習慣于用 “化學合成” 的方式生產物資原料?;瘜W工業每年生產的產品價值近 5 萬億美元。行業排名前五十的制造商(如巴斯夫 、中石化、 RIL 、杜邦、 SABIC ) ,每年共銷售約 7500 億美元的塑料、溶劑、涂料和其他化合物,涵蓋了從維生素到飛機建材的方方面面。

 

對于簡單的分子,化學合成確實可以滿足人們的預期。但是,對于過于復雜的分子,工藝的復雜性、在使用原料生產過程中的副產物、無法回收的催化劑、廢棄溶劑等都會造成嚴重污染。

 

種種阻礙正束縛著化工企業的手腳。隨著生物技術的迭代更新,在一些情況下生物合成其實是一種更低成本、更高效、更環保、以及更安全的生產方式。對于特定品類,它可以彌補化學合成的短板,完成化學合成無法完成的任務。

 

2015 年,波士頓咨詢 (BCG) 的統計數據突顯了這種替代趨勢。

 

 

如上圖所示,歷史悠久的百年化工大廠正在被 “后浪” 追趕甚至趕超。鑒于合成生物學的巨大應用前景,不少創新型企業投入諸多資源展開合成生物學產業化開發,以搶占合成生物學研究和發展先機,他們成為上圖中的新興市場參與者(EMP)。藍色邊框中暫時處于下風的企業,如杜邦、拜耳等在平均增長率上已經略顯疲態,他們多是擁有悠久的發展史、國際化業務及相對傳統技術布局的跨國公司(MNC)。但需要注意的是,這些傳統的化學公司已經開始轉型布局,杜邦公司以 63 億美元收購了酶工程公司 Danisc;拜耳則與 Ginkgo Bioworks 共同投資 1 億美元創建 Joyn Bio。尋找轉型的巨頭遠不止于這幾家,日本的住友、三井、日本化藥公司和三菱,韓國 LG 化工,以及荷蘭的 DSM,都已展開合成生物學的戰略布局。

 

以百年荷蘭化工巨頭帝斯曼(DSM)為例。2002 年帝斯曼剝離傳統石油化工業務,大筆購入可持續發展業務,收購羅氏維生素 E;2010 年底并購全球領先的微生物發酵工程公司 Martek(馬泰克),帝斯曼一躍成為全球最大的藻油生產商及維生素生產商。大刀闊斧改革的結果就是,帝斯曼股價年復合收益率達 13.1%,遠高于同期荷蘭 AEX 指數的 2.6 倍收益。對于一家早年間依賴石油原材料制造基礎化工產品的龍頭來說,尤為難得。

 

化工巨頭們緊鑼密鼓的布局說明其對生物合成產業的 “需求” 正在日益增長。

 

“2010 年之后,分子生物學工具和科學基礎設施有了很多突破性進展——DNA 測序、合成和篩選成本大幅度降低,基因組編輯的工具 CRISPR/Cas9 的出現與成熟,生物信息學發展及人工智能應用,提升了合成生物學領域的數據分析和設計能力——從而觸發其產出效益 / 成本投入的比率,實現每年成倍增長。”Bota Bio 在接受生輝采訪時解釋了為什么在這個時間節點最有可能實現大規模產業化。這些關鍵技術的突破,伴隨著越來越多的成功案例,將有助于推進其商業發展的高速增長。“但是項目的成功仍需要投入大量資源進行系統性研發,這也是大家從激進熱情轉為基礎建設的過渡的原因之一,希望可以從基礎建設的過程中降低成本、測試更多想法,進一步提高項目成功率。”

 

生物合成里的 “新基建”公司

 

綜上所述,市場需求的大門正在打開,帶來的是更加聚焦且復雜的需求。

 

即插即用(Plug and Play)的 “平臺型研發公司” 因此誕生,這和 Bota Bio 的定位不謀而合。平臺型公司最大的亮點是不會局限于單個產品的研究與開發,而是以行業需求為出發點,劃分業務板塊。舉例來說,Bota Bio 以計算為基礎搭建酶工程、菌株工程和發酵工藝工程平臺,涵蓋生物催化、生物轉化和生物全合成三大技術路徑,來滿足不同工業生物技術的市場需求。

 

從最底層開始,Bota Bio 開發適用于生物技術開發和生產的云端數據庫和智能化控制軟件,并把濕實驗室中的自動化和高通量硬件設施整合進去,完整記錄整個工作流程中樣品和信息之間的關聯。Bota Bio 所做的可以類比為在生物合成中建設新型基礎設施,“新基建”一詞可以概括其主要特點。

 

Bota Bio 新基建中的 “生態化”,指的是在國內搭建合成生物公司平臺的過程中,與 Twist、華大 BGI 和迪贏生物進行基因合成方面的合作,以及與下游 Eppendorf 和國內發酵罐生產商之間的業務延展;新基建中的“高速化”,是指通過必要的自動化來開發高通量篩選技術,加速篩選、提高效率;這其中最為重要的“數字化” 和“智能化”,是建立在大量云端數據收集和連接的基礎上,結合生物信息算法和機器深度學習,采用理性設計(科學家參與)與機器設計并行的研發方案,在基因層面對菌株展開系統工程化編輯;實現對生物的遺傳編碼、改造、篩選,最終成為目標微生物。經過編碼的生物(菌株)將成為可以生產特定產物的微觀細胞工廠,其所產物品類可以涵蓋營養品、食品、香精香料、醫藥和材料等多個領域。

 

表格丨比于傳統技術平臺研發探索執行模式,Bota Bio的模塊化自動實驗體系更加高效(來源:公開資料整理)

 

承上啟下,迎接 Bio-economy 時代的到來

 

在這一體系之下,Bota Bio 利用生物創造經濟價值。這些價值不僅僅體現在上述化工等領域,更在各大產業中扮演著承上啟下的樞紐角色。

 

新型產品的生產往往建立在技術創新之上。以近幾年大熱的 “人造肉” 產業為例,過去食品原料往往以動物和植物為主,但隨著美國對新型食品原料規定的細化,FDA 提出 “公認為安全” 模式并規定 “植物肉產品”主要以植物蛋白、氨基酸等為制造原料。

 

這讓生物合成、發酵成為了生產上述 “素肉” 原料的技術載體,發酵產品將是驅動一系列植物肉產品的底層技術。基于減少可病原體(pathogen)感染考量引發的 “去動物化” 的思維,更多產品將利用微生物發酵來釀造蛋白質和營養物質,以生產用于植物性健康食品的原料。相關企業也迎來發展紅利期。其中,頭部公司 Beyond Meat 已成功上市;Impossible Foods 累計融資高達 12 億美元,兩家公司均依靠合成生物指導的微生物發酵生產新型產品。面對前景廣闊的市場,更多公司希望用資本、資源的方式把握住未來的創新機會,在生物合成發酵替代蛋白的市場中提前布局。

 

值得一提的是,在這一領域,美國明星公司 Zymergen 在 9 月初剛剛獲得 3 億美元的大額融資,促進生物基新材料的研發;去年,合成生物學平臺型公司 Ginkgo Bioworks 融資 2.9 億美元,目前的累積融資金額已達 7.19 億美元,估值超過 40 億美元。“巨額”數字背后,昭示著產業界對載體技術的多方重視。

 

可以說,生物技術的進展和突破開啟了 Bio-economy(生物新經濟)時代的大門,Bota Bio 等平臺型公司的出現希望加速這個領域的發展,將更多安全、環保、實用的產品帶入每日生活。

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