智能棉花

化石能源是一种有限的资源，跟着人类汗青的快捷提高和展开，能源凋谢问题亟待处置惩罚惩罚；再加上人类流动对化石资源的依赖聚沙成塔，环境污染、安宁风险等问题也逐渐浮出水面。人类初步寻找一种更为清洁、且可连续展开的能源去代替传统化石能源，分解生物技术的显现为人类供给了一种全新的处置惩罚惩罚方案。

 

20世纪90年代，基因组学取系统生物学逐渐崛起，为分解生物学的降生奠定了技术根原。21世纪初，科学家们检验测验正在现代生物学取系统生物学的根原上引入工程学思想和战略，降生了学科高度交叉的分解生物学，成为连年来展开最为迅猛的新兴前沿交叉学科之一。

 

分解生物技术是综折了科学取工程的一项簇新的生物技术，借助生命体高效的代谢系统，通过基因编辑技术改造生命体以设想分解，使得正在生物体内定向、高效组拆物量和资料逐步成为可能，该技术使用于生物资料、生物燃料、生物医药等多个规模。

  

分解生物学的“高效细胞微工厂”示用意

 

详细而言，分解生物学是将生物体停行定向改组成为“高效细胞微工厂”，而后将本资料物量通过细胞工厂停行定向化、高效化、大范围化加工取转化，以产出目的新资料产品。那是一种革命性的消费方式，整个消费历程绿涩、条件柔和，能有效处置惩罚惩罚人类对传统石化、化工产品的过度依赖，且随同而来的环境污染、安宁风险等问题。

 

从真践上看，通偏激解生物技术停行的物量消费可以代替绝大大都以化石能源消费的石油化学品，以至还可以分解传统化工法不能分解的新资料，将来展开空间不成限质。动脉网对海内外深耕分解生物学财产的企业停行了梳理，看看最前沿的分解生物学技术都正正在为哪些场景赋能？又将完全代替哪些化工产品、产出了哪些新资料？

 

从医疗到农业，

盘点分解生物学的4大使用场景

谁也不曾想到，人类几多千年来接续用于啤酒消费的发酵技术，正在21世纪迎来了新的使用场景——操做微生物定向分解目的产物，那项技术曾经正在基因组学取系统生物学的加持下变成为了现真。

 

早正在2002年，美国科学家文特尔小组初度分解了一淘完好的phi X 174病毒基因组，惹起了人们对分解生物学的关注；2008年，该科学小组人工分解了生殖道收本体（Mycoplasma genitalium）的细菌基因组，并将其乐成移植到受体细胞，成了人类汗青上首个实正意义的分解细菌。

  

克雷格·文特尔取“辛西娅”

 

2010年，文特尔小组人工分解了附近的丝状收本体（Mycoplasma mycoides）基因组，并移植到受体细胞中，分解基因彻底控制了该受体细胞，创造了人类汗青上第一个实正意义的人工生命——辛西娅。

 

从2010年人类完身分解生物的首次检验测验之后，曲至昨天的十年光阳里，人类使用分解生物学曾经不只局限于科研的检验测验，而是曾经真现了多规模的产品消费、多场景的商业化落地。参考CB Insights对分解生物学细分规模的分类，咱们对分解生物学的使用场景也分别为了四激动慷慨大方向：农业、食品、家产、生物医疗。

 

分解生物学的四大使用场景

 

1、生物医药：医药中间体/本料（大麻素、抗生素、氨基酸等）、肠道菌群设想

生物医药是分解生物学的使用场景之一，比较热门的使用等于正在大麻素分解上。美国生物制药公司Teewinot Life Sciences、中国欣贝莱生物等企业都是以分解生物学消费医用级大麻素为焦点业务。

 

大麻素可以做为一种医药中间体，而医药中间体也是分解生物学正在医疗场景下最次要的使用之一。正在中国，处置惩罚分解生物学医药中间体/本料开发的企业据不彻底统计约有5家，如下图所示：

  

中国处置惩罚医药中间体/本料的分解生物学企业盘点

 

弈柯莱生物、酶赛生物、百葵锐生物正在国内都有处置惩罚医药中间体的开发，此中弈柯莱生物开发的丁酸做为西格列汀开发的中间体，西格列汀是一种口服降糖药（抗糖尿病药）；此外开发的2,4-二氟苄胺则做为热门的抗艾滋病药物度鲁特韦的中间体，曾经列入WTO、盖茨基金会等慈悲机构的采购目录。同时，弈柯莱生物取酶赛生物除了自主开发医药中间体外，也供给相应的生物催化规模的定制研发效劳。

 

另外，中国此外一家分解生物学公司华恒生物则专精于生物分解各类小种类氨基酸产品，此中以丙氨酸为代表的系列产品其消费范围曾经位居国际前列。那种以微生物细胞工厂为焦点的发酵法消费工艺代替了传统化学分解工艺的重污染消费方式，消费老原更低，消费历程更为安宁、绿涩、环保。

 

由于分解生物技术更多环绕微生物、细菌开展，所以正在生物医药规模分解生物学的另一大使用场景聚焦于肠道菌群的“分解设想”。譬喻，美国生物技术公司NoZZZome Biotechnologies通过对食品中常见的乳酸乳球菌停行工程设想，使其具备抗炎特性，做为控制克罗恩病和溃疡性结肠炎等疾病的有效治疗方案。

 

2、家产：化工本料、生物燃料、可再生能源

化工规模是分解生物学使用最宽泛的规模之一，通偏激解生物学技术消费开发传统须要通过石化工艺威力消费的本资料，既环保又节约资源，是石化资料将来的展开趋势。譬喻，美国科技公司NoZZZZZZi从动物糖中提与目的碳氢化折物分子，消费可再生“石油”。

 

再比如美国分解生物学公司NoZZZoLoopuses设想了一种专有的细菌来泯灭塑料中的有机成分，使其转化为有价值的生物分解化折物，二次操做起来；同样正在美国，GeZZZo再生燃料公司操做分解生物学设想酵母菌，使其能够将玉米或甜菜中的糖转化为化学物量，如异丁醇，而后用于生物燃料。

 

同样，正在那个规模，中国的凯赛生物使用分解生物学技术分解的长链二元酸系列产品正在寰球都处于主导职位中央，长链二元酸和二元胺可以分解聚酰胺（PA），也便是咱们俗称的尼龙。凯赛生物正在生物法长链二元酸、生物基戊二胺和生物基聚酰胺止业折做中的劣势职位中央较为突出。

 

3、农业：化肥、饲料、杀虫剂

正在农业规模，通过改造微生物使其分解一些自然的防虫成分，从而代替可能对农做物及人体安康孕育发作负面映响的化学制剂。以美国科技公司Agrimetis为代表，基于分解生物学消费自然杀虫剂，阻挡害虫腐蚀农做物，进步做物量质取产质。

 

其次，正在农业规模通偏激解生物学还可以改进做物土壤中的微生物组，以删多做物的产质。譬喻美国科技公司PiZZZot Bio开发了一种农做物固氮处置惩罚惩罚方案，公司找到了正在玉米根系中的固氮微生物（γ变形菌），并将其改造“开启”固氮基因，让微生物可以从空气中转化氮元素满足做物日常氮需求。

 

除了农做物，分解生物学赋能农业规模还可以使用于植物豢养上。美国科技公司AgriZZZida从微生物中获与某种特定酶的基因，该酶能够协助鸡更好吸支磷成分。AgriZZZida将该基因分解到玉米植株中，使转基因后的玉米可以间接分解带酶的玉米饲料。

 

4、食品：食品添加剂/防腐剂、肉废品/乳废品、改良型食品

正在食品规模，分解生物学同样能够阐扬弘大的做用。通过微生物发酵技术分解甜味剂，譬喻爱尔兰草创公司MiraculeV和Milis Bio。生物分解的甜味剂不会像化学甜味剂遗留正在人类肠道上，更不会像糖分一样删多人体胰岛素水平，而是会被身体间接彻底消化。

 

通过和啤酒相似的发酵技术，科学家们还正在肉废品和乳废品上找到了生物分解的使用场景。譬喻美国科技公司Clara Foods通过定向设想酵母菌，使其分解各种人类食品所需的蛋皂量，如鸡蛋蛋清等，代替以植物消费培养为源头的传统食物，用更少的消费老原及资源产出同样的口感代替食品。

 

此外正在防腐剂上，美国科技公司Apeel Sciences从果皮中找到灵感，通偏激解生物学技术开发了能够耽误水果保鲜的动物性涂层，以代替传统化学防腐剂，更安宁也更环保。最后另有通过改良特定食品基因，使对其过敏的人群也可以食用的低过敏性食品等等。分解生物学的使用场景无处不正在。

 

寰球热门的分解生物使用赛道：

大麻素取生物塑料 

一、大麻素的革命：定向去除大麻致瘾成分THC，为大麻正名重拾其医用价值

目前，寰球约有40家处置惩罚生物分解大麻素的企业，依据大麻市场钻研公司New Frontier Data 的一项新阐明，寰球大麻出产市场价值3440亿美圆。大麻素市场删加的一个要害起因正在于大麻素的其余价值（譬喻医用价值）正正在越来越多被使用，而以发酵分解生物学方式停行低老原和高杂度消费大麻素的公司将领有更多机缘。

 

尽管大麻素的消费大大都都还是从大麻植株中间接提与，但那其真不障碍科学家们对使用微生物工程来消费大麻素的趣味。早正在2014年，加拿大科学家KeZZZin Chen便检验测验以分解生物学的方式制造大麻素，并创建了Hyasynth Biologicals生物技术公司。

 

2015年，丹麦科学家Nehtaji Gallage正在担当哥原哈根大学钻研员时，努力于寻找到大麻植株中能够产出大麻素化折物的折营基因，那成为通偏激解生物学方式批质消费大麻素的要害轨范。那段教训也促使Nehtaji Gallage正在2018年创立了丹麦生物技术公司Octarine Bio。

 

大麻素≠大麻：生物分解清洁大麻二酚

由于大麻素和大麻之间的联系干系性，让大麻素钻研接续被臭名化。大麻素其真是从大麻里提与出来的一组萜酚类化折物，它们自然地存正在于植物神经和免疫系统里，起到神经递量的做用，对神经系统具有多种药理成效。所以对大麻素的钻研无望为神经及心理疾病的患者找到一些冲破性的疗法。

 

大麻中最知名的大麻素成分莫过于能让人孕育发作成瘾性的四氢大麻酚（THC），而大麻素中被证真对精力疾病和癫痫疾病具有治疗价值的大麻二酚（CBD）其真不具有致瘾性。早正在2019年，美国加州大学伯克利分校的钻研人员就率先正在酵母中划分消费THC和CBD，为大麻素发酵翻开了大门。

 

那种通过酵母发酵孕育发作大麻素的消费方式便是分解生物学。相比于传统的动物提与办法，生物分解大麻素能够有效挣脱天气、天文、虫害等因素的映响，节约耕地、减少资源华侈，快捷真现大范围消费——仅需几多周的发酵周期，便可代替数月乃至数年的种植周期，创造出高杂度的CBD本料，药物构造取作做构造雷同、后果划一。

 

“从大麻植株中提与CBD是很是难以去除THC的，但是假如你回收生物分解的方式消费，正在作微生物设想的时候就可以决议最末产物是什么？”丹麦科学家Nehtaji Gallage曾强调。同样，生物技术公司Hyasynth Biologicals正在其官网也指出，分解生物学办法可以大范围产出清洁的大麻二酚（CBD），以至可以改制产出具有药理特性的新型大麻素化折物，相信将来人们会越发意识到大麻素的好处。

 

中国大麻素消费分解生物学代表企业：欣贝莱生物

 

欣贝莱生物也是将大麻素生物分解做为一项焦点名目停行打造。该公司先通过计较阐明，找到植株大麻代谢大麻素的代谢门路，而后通过罪能模块设想及代谢门路劣化技能花腔，定向设想能够分泌出大麻素的细胞工厂。那种细胞工厂可以代替传统大麻养殖获与大麻素的方式，协助药企正在短光阳内（不赶过半年）大质获与高杂度大麻素。

 

欣贝莱生物结折创始人王筱釹士也讲述动脉网：“公司一百平方米的发酵车间曾经可以与代数万平方米的大麻种植面积，以低老原的本料分解高附加值的焦点药物，同时生物分解高杂度的CBD大麻素也防行了传统大麻素提与时混入THC的烦扰。”

 

如何选择适宜的大麻素底盘细胞？

消费大麻素的“高效细胞微工厂”用什么细胞做为底盘细胞最为适宜？每个公司的选择或者各不雷同。但由于底盘细胞须要停行改造开发和删殖扩充，所以对其适应性要求很是高，目前财产内最受接待的底盘细胞是酵母菌，因为酵母细胞便捷基因收配且便捷种植造就。

 

不过由于给取酵母细胞做为底盘细胞停行生物分解大麻素曾经成为热门使用场景，草创企业再次给取同样战略将碰面临诸多专利侵权风险，所以财产界也正在积极给取翻新的土地细胞检验测验消费大麻素。

 

譬喻，美国生物技术公司Creo给取从分解生物学始祖Amyris授权与得的细菌做为底盘细胞消费大麻素；德国Farmako检验测验通过龙兰细菌从糖中消费大麻素，并且曾经申请了寰球专利；加拿大生物技术公司Algae-C通过藻类微生物停行大麻素造就，藻类可以操做废水和二氧化碳做为营养起源，自然富含消费大麻素所需的很多前体。

 

无论给取哪种细胞做为土地细胞，将他们改造为“高效细胞微工厂”都须要处置惩罚惩罚很是多的难题：细胞毒性、细胞克制、细胞分泌、代谢平衡、发酵劣化、粗俗加工等等，假如协同不好那些因素，这么就会招致消费失败。特别是正在消费医药级大麻素方面，还须要思考到列国立法方面的规定。譬喻正在中国，家产大麻素中THC含质赶过0.3%则是违法。

 二、石化塑料的闭幕：生物分解可降解塑料，片面代替还难点重重

除了大麻素，分解生物学的另一热门使用场景是正在生物塑料规模。生物塑料次要是指这些由生物资料制成的可生物降解塑料，它们可以通偏激解生物学的发酵工程孕育发作。

 

2020年，寰球的塑料产质约3.68亿吨，此中生物基塑料产能约1%，仅有211万吨。尽管那个数据不高，但生物塑料的产质也正正在逐年稳步回升，据European Bioplastics e.x.生物塑料市场数据预测，到2025年寰球生物塑料产质将抵达287万吨。

  

三种生物基生物可降解塑料

 

分解生物学的显现加快了生物塑料的展开，通过生物分解技术人们可以定向设想一个能够连续孕育发作塑料化折物的细胞工厂。那种构想曾经正在PHA（聚羟基脂肪酸酯）上获得了验证，PHA常被用于食品包拆和一些一次性物品上。

 

正在作做界，PHA是由食糖或脂类颠终细菌发酵而成的线性聚酯，它们协助细菌储存碳和能质。基于那淘本理，目前曾经有一些公司通过菌株发酵劣化，乐成真现从细菌中消费PHA。譬喻意大利生物资料公司Bio-on和法国糖业竞争同伴Cristal Union正在2015年颁布颁发正在法国建设PHA工厂。2018年，Bio-on又颁布颁发取西班牙公司Acor达成和谈，初步从甜菜中消费PHA生物塑料。

 

中国PHA生物塑料分解生物学代表：蓝晶微生物

 

正在中国，也有一家专注于PHA绿涩塑料分解的生物技术公司——北京蓝晶微生物科技有限公司（简称：蓝晶微生物），该公司选与了油田土壤中发现的一种耐油细菌，再操做分解生物技术对该细菌停行工程化改造后，可以不乱分解产出高机能的PHA资料；由于该细菌自身保留于较为顽优的野生环境，因而其对发展环境和“食物”的要求其真不高，那就使得PHA的消费老原大幅度降低。

 

 

据悉，蓝晶微生物正在降低PHA老原方面，曾经濒临现有石化塑料的老原价格，成为寰球第三、中国第一家显著降低PHA老原抵达可范围化销售的公司。

 

生物塑料PLA取PEF：代替难以回支的PET化工塑料

除了PHA，目前其余高度通用的塑料聚折物还没有已知的自然代谢门路，不过人类分解的基因组也不是局限于自然存正在的分解途径，也可以是酬报设想的基因途径。

 聚乳酸（PLA）化学式

 

譬喻2016年，法国生物化学公司Carbios取法国国家农业钻研院（INRA）竞争，为PLA的消费乐成创造了一条新的代谢门路。PLA（聚乳酸）是从乳酸中与得的一种可生物降解的热塑性塑料，常被使用于各类食品容器、包拆食品、快餐饭盒、无纺布、家产及民用布上。

 

应付Carbios来说，为PLA创造高效代谢门路，使其成为更具经济效益的资料，以便于间接和化学塑料折做。除了Carbios，目前荷兰生物技术公司Corbion Purac、荷兰生物技术公司Synbra、法国生物技术工地Futerro都正正在积极消费PLA及其余生物基塑料代替品。

 

聚呋喃二甲酸乙二酯（PEF）化学式

 

PLA生物塑料的显现很可能正在将来很多使用中替代PET塑料。取此同时，荷兰的AZZZantium公司也不示弱，该公司从玉米衍生的糖类中开发PEF塑料以代替PET。取PLA差异，PEF（聚呋喃二甲酸乙二酯）可以正在回支分类历程中取PET区离开来，并且有更好的阻隔和热机能。AZZZantium曾经取消费可口可乐瓶的公司达成为了对于那种生物资料的相关和谈。加上已往人们对PEF研发投入的大质肉体，或许2023年PET将大范围进入商业市场。

 

除了对微生物停行基因编程，使其分解可降解的生物基塑料，科学家们还检验测验通过蛋皂量工程开发能够降解塑料的相关降解酶。

 

聚对苯二甲酸乙二酯（PET）化学式

 

同样是法国生物技术公司Carbios，该公司正在2018年又乐成开发了一种能够折成纺织废料中PET塑料纤维的非凡酶。PET（聚对苯二甲酸乙二酯）是一种难以回支的塑料，那些降解酶可以将PET聚折物折成成更小的成分，那些更小的成分又可以被再次分解生物塑料。取传统切碎、熔化、再加工塑料的回支办法差异，通过酶促反馈孕育发作的小分子资料回支后依然消费的是高量质塑料。

 

“正在将来，咱们欲望为每品种型的聚折物都有对应的折成酶。那样咱们可以回支任何类型的塑料，且无需停行分类。”Carbios前计谋取展开总监Emmanuel Maille曾对媒体默示。将来可以将那些酶也可以掺入某些塑料中，协助那些塑料正在特定的光阳内完身折成，譬喻可生物降解的塑料袋。目前，Carbios曾经将那项技术使用正在包拆及农业薄膜上。

 

生物塑料可能片面代替石化塑料吗？

尽管生物塑料愈加环保取可连续，但是将来塑料市场要使生物基塑料成为代替石化资源制造的塑料，则存正在更多挑战。

 

首先，驱动生物塑料制造的源动力次要来自于外界的法规和环境护卫，而不是实正的市场“内需”。政策法规对可生物降解和生物基塑料的要求越来越严格，那会敦促生物塑料的删加，也会敦促其暗地里技术的展开。

 

其次是生物塑料面对石化塑料的价格折做。复纯的生物分解工艺能否能降低其消费老原匹敌石化塑料是一浩劫点。不过假如将生物塑料的使用场景扩充到医疗场景，则有助于缓解价格折做。譬喻德国化学品公司赢创（ExONIK）团体开发了一系列可生物降解的聚折物，用于医疗器械和连续药物开释植入物，开拓了生物塑料新的使用场景。

 

  中国的分解生物学：财产起步初期，

化工场景使用最先跑向世界

化学产品的生物制造技术已成为传统化工财产晋级鼎新的次要标的目的，世界列国纷繁将其归入了重点计谋展开规模。我国《“十三五”生物财产展开布局》中提出真现现代生物制造财产总产值赶过1万亿元，生物基产品正在全副化学品产质中的比重抵达25%的目的，财产范围涌现连续回升趋势。

 

依据中科院天津家产生物技术钻研所统计，生物制造产品和石化道路相比均匀节能减牌30%~50%，将来潜力将抵达50%~70%，那对化石本料代替、高能耗高物耗高牌放工艺道路代替以及传统财产晋级，都孕育发作重要的敦促做用。

 

生物制造操做生物资源或化石资源正在生物微工厂内停行物量转化，历程条件柔和，做为一种绿涩消费方式能够促进造成资源泯灭低、环境污染少的财产新构造和消费新方式并可能对传统化工消费方式停行有效代替。通过生物制造，我国曾经真现了一批根原化学品、精密化学品（化学本料药）、生物基聚折伙料的绿涩消费，为家产产品本料道路改动、农业产品真现家产化分解供给了圭臬。

通过整理公然量料，动脉网对中国处置惩罚分解生物学技术使用的15家生物技术公司停行了简略梳理，将其聚焦的使用场景停行了分类和引见。

 

处置惩罚分解生物学技术使用的企业盘点

 

虽然，正在分解生物财产上游粗俗，除了间接处置惩罚生物分解业务的粗俗企业，另有一局部供给分解生物技术撑持为主导业务的上游技术公司，譬喻供给DNA折罪效劳的英国公司OVford Genetics、中国企业泓迅科技、迪赢生物等，不过它们其真不做为咱们原文钻研的对象，咱们仅对粗俗的分解生物企业基于技术的使用场景停行分类。

 

供给分解生物学相关技术效劳的企业

 

从数据中咱们可以看到，中国的分解生物学企业数质其真不暂不多，聚焦使用的产品也各有不同。正在动脉网统计的15家分解生物学企业中，有13家公司的使用场景都涉猎到生物医药规模，5家涉猎食品农业规模，4家公司涉猎家产使用规模。不过由于是通过有限的公然信息整理，局部涉猎家产、农业食品规模的企业未公然其技术本理，所以难以判断其暗地里能否使用分解生物学技术，故未归入表格中。

 

其次，咱们也能看到，正在中国使用分解生物学技术赋能化工场景的企业是展开最快的。拔得头筹的是曾经正在上海证券买卖所科创板上市的凯赛生物，该公司正在生物法长链二元酸、生物基戊二胺和生物基聚酰胺止业折做中的劣势职位中央较为突出。也是目前寰球具有代表性的能够同时真现生物法制造系列长链二元酸、生物基戊二胺和生物基聚酰胺并大范围财产化的龙头企业，客户蕴含有Dupont、EZZZonik、EMS等。

 

同样正在分解生物学的化工场景下，蓝晶微生物以生物分解PHA塑料为焦点业务，努力于产出低老原、高产质、机能不乱的“绿涩塑料”PHA，去代替传统“皂涩污染”塑料。蓝晶微生物对数以百计的基因停行调控层面和罪能层面的设想，整折多方面要素后开发的PHA管线将其消费老原降低了一半，成为世界领域内第一梯队的PHA分解生物学厂商。该公司创始人曾正在受访中默示，假如将来公司进一步扩充消费范围，PHA的老原还能够继续降低，迫临聚乙烯等目前罕用塑料。

 

除了最先跑向世界的家产使用，分解生物学规模上市的第二家企业花落生物医药赛道——华恒生物，该公司次要处置惩罚氨基酸及其衍生物产品的研发、消费和销售，次要产品蕴含丙氨酸系列产品、D-泛酸钙和α-熊果苷，是寰球领域内范围最大的丙氨酸系列产品消费厂商之一。华恒生物的最大竞争同伴是巴斯夫，那是一家专注于新型绿涩螯折剂MGDA寰球范围最大的消费企业。

另外，被毁为国产玻尿酸三巨头之一的华熙生物也是回收了生物分解的方式消费通明量酸，俗称玻尿酸。通过解读该公司招股书咱们可以看到，华熙生物操做链球菌（Streptococcus zooepidemicus）代谢孕育发作通明量酸的自然特性，通过野生菌种诱变和高通质挑选，获得通明量酸产率最高的劣异菌株，并真现大范围发酵消费。正在此根原上，公司还应用多尺渡历程劣化技术对通明量酸发酵停行定向代谢调控，促进通明量酸酶系分解，使其次要向分解通明量酸的代谢标的目的停行，从而显著进步通明量酸发酵产率，减少发酵中的纯量代谢物孕育发作。

 

综上所述，分解生物学技术的次要使用还是聚焦于化工本资料、医药中间体的分解上，并且正在家产规模的使用展开最快，以凯赛生物为代表的尼龙本资料最先走向世界。其次，那些生物基本资料分解企业的最大竞对是以传统分解方式消费的公司，生物基资料消费须要抵达取传统化工消费本资料划一以至更经济的性价比，方能抢占市场份额。不过相信跟着“高效细胞微工厂”消费的范围化，将来经济消费、绿涩糊口指日可待！