源自清華兩大微藻實驗室技術(shù)積累，清華博士打造CDMO平臺，專攻替代蛋白｜專
時間：2023-05-09 01:18:02 | 來源：網(wǎng)站運營
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源自清華兩大微藻實驗室技術(shù)積累，清華博士打造CDMO平臺，專攻替代蛋白｜專訪：隨著人們對食品安全、健康、可持續(xù)需求的不斷升級，各商家主打"植物替代蛋白"正在逐漸走進人們的生活：肯德基推出“植培黃金雞塊”、星期零與奈雪的茶、喜茶合作推出“未來肉漢堡”、聯(lián)合利華與漢堡王聯(lián)合推出“真香植物基皇堡”……
如今，人類面臨健康食物匱乏、溫室效應(yīng)、環(huán)境污染、能源危機等重大的現(xiàn)實挑戰(zhàn)。替代蛋白正在成為素食、動物肉外的第三種選擇。
而一種叫“微藻”的微生物正在成為實現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一。微藻，顧名思義就是肉眼看不見的微小藻類。
微藻的應(yīng)用場景非常廣泛，特別是作為食品原材料的微藻基蛋白，其必需氨酸的含量超越了大豆蛋白和酵母蛋白，口感更好且沒有過敏原。
圖 | 震旦紀藻類化石（左）和微藻顯微細胞（右）（來源：受訪者）
但是目前，微藻行業(yè)的關(guān)注度相對很低，從科學(xué)源頭來看，它在合成生物學(xué)領(lǐng)域沒有大腸、酵母這些模式微生物那樣容易收獲科研成果。
據(jù)公開資料顯示，微藻有超過 30 萬個種類，其中有 3 萬種記錄在冊，但當下被用于食品保健品和醫(yī)藥領(lǐng)域的大約只有 15 種經(jīng)濟微藻。
清華大學(xué)生物學(xué)博士、元育生物創(chuàng)始人 & CEO 肖奕博認為 ，該領(lǐng)域整體研究隊伍沒那么“浩大”，但同時，該領(lǐng)域也沒那么嘈雜的干擾因素，科研做得好壞的判斷會更明顯。而商業(yè)化方面最大的機會可能在于對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的顛覆。
”
所以，微藻可以成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的實現(xiàn)路徑之一，最終應(yīng)用目前比較合理、清楚預(yù)見的最大機會可能會出現(xiàn)在替代蛋白領(lǐng)域?！?/b>
與微藻結(jié)緣，兩大微藻實驗室近 30 年先進技術(shù)助力
與微生物、動物、高等植物細胞相比，微藻細胞的分子改造技術(shù)起步晚、發(fā)展最為緩慢。而且，自養(yǎng)代謝模式下的微藻，生物量極低，限制了微藻的商業(yè)化化應(yīng)用。
而來自清華大學(xué)的兩個微藻實驗室，恰恰可以有效地解決微藻行業(yè)的瓶頸問題，并且在微藻領(lǐng)域的貢獻得到了世界范圍的認可。
“這兩個微藻實驗室分別是潘俊敏實驗室和吳慶余實驗室，它們分別擁有最先進的微藻合成生物學(xué)技術(shù)和微藻工程化規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)，且都在微藻領(lǐng)域深耕了近 30 年?！?肖奕博告訴 DeepTech。
圖丨微藻取樣（來源：受訪者）
潘俊敏教授是清華大學(xué)長聘教授、教育部長江學(xué)者特聘教授、國家杰出青年基金獲得者，為多個國際期刊編委（包括諾獎獲得者謝克曼創(chuàng)立的 eLife ）；吳慶余教授是清華大學(xué)長聘教授， 973、863 項目首席科學(xué)家、國家杰出青年基金獲得者、首屆國家高等學(xué)校名師獎獲得者、國家“百千萬人才工程”入選者。
兩位教授都是微藻領(lǐng)域的權(quán)威專家，主要研究方向分別是萊茵衣藻合成生物學(xué)和原始小球藻工業(yè)化生產(chǎn)。
基因敲除和改造技術(shù)在微藻領(lǐng)域中應(yīng)用極不成熟，而潘俊敏教授課題組是最早一批可以將其作為常規(guī)技術(shù)開展的實驗室，可謂是微藻研究的“領(lǐng)跑者”。
潘俊敏實驗室利用萊茵衣藻研究鞭毛的組裝和運動機制， 在 Cell、PNAS、Developmental Cell、eLife 等發(fā)表了系列高水平論文，積累了非常成熟的微藻分子技術(shù)，并將這些技術(shù)整合到微藻合成生物學(xué)中。
早在 2006 年，吳余慶實驗室就在 Bioresource Technology 發(fā)表了世界上第一篇微藻生產(chǎn)生物柴油的科研論文“Biodiesel production from heterotrophic microalgal oil”，被引次數(shù)達 941 次。生產(chǎn)生物柴油解決的核心問題之一，就是實現(xiàn)微藻的高密度發(fā)酵。
吳余慶教授課題組是最早一批實現(xiàn)微藻高密度培養(yǎng)的課題組，他們使異養(yǎng)微藻的生物量超過了 100g/L（大多自養(yǎng)微藻生物量還不到 1g/L），并且開發(fā)了一系列兼性異養(yǎng)、轉(zhuǎn)養(yǎng)工藝，實現(xiàn)了生物量、代謝產(chǎn)物的快速積累和 CO? 的高效固定。
圖丨肖奕博（來源：受訪者）
與微藻投緣，并為微藻事業(yè)奮斗至今。之所以做出這樣的選擇，其實與肖奕博的家庭環(huán)境、自身喜好和求學(xué)經(jīng)歷密不可分。
肖奕博出生在一個工人家庭，母親上班時偶爾會帶著他。于是，肖奕博從小便有更多機會接觸到大型的自動化機械設(shè)備。從那時起，工業(yè)化生產(chǎn)的基本概念就像種子一樣種在他的心田。
本科就讀于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生物工程專業(yè)的肖奕博，憑借優(yōu)異的成績被保送清華大學(xué)直接攻讀博士學(xué)位。出于對生物資源的濃厚興趣，他和吳慶余教授互相選擇，從此便與微藻結(jié)緣。
在讀博期間，每當遇到關(guān)于微藻分子生物學(xué)方面的困難，肖奕博也會時常去找潘俊敏教授請教，潘俊敏教授也喜歡聽他講關(guān)于微藻產(chǎn)業(yè)方面的設(shè)想，并且一起討論。
在肖奕博看來，科研有很多維度：高校與研究所、商業(yè)公司、政府部門等。在產(chǎn)業(yè)化的商業(yè)環(huán)境下，對自己的想法限制更少、推進項目速度更快，更適合他創(chuàng)造新事物、帶來經(jīng)濟價值。
肖奕博表示，與生物醫(yī)藥行業(yè)相比，微藻圈很小，這讓他有一種特別強烈的使命感?！白鳛閷?dǎo)師的關(guān)門弟子，我不必非在高校繼承微藻的研究事業(yè)，在產(chǎn)業(yè)化方向同樣可以傳承清華精神，并將它做大做強。”
圖丨元育生物團隊部分成員（來源：受訪者）
2020 年末，多年的課題嘗試與工作經(jīng)歷后，肖奕博腦海中的產(chǎn)業(yè)化想法逐漸成熟。肖奕博創(chuàng)立元育生物，他接過導(dǎo)師手中的 “接力棒”，將微藻產(chǎn)業(yè)發(fā)揚光大的使命和責(zé)任一肩挑之。
而潘俊敏教授、吳余慶教授兩位權(quán)威專家對元育生物的發(fā)展提供了強大的技術(shù)支持，一位擔(dān)任首席科學(xué)家，另一位擔(dān)任首席顧問，恰好對應(yīng)了上游微藻生物技術(shù)和下游規(guī)?；a(chǎn)工藝。
“很榮幸我能與兩位教授開展深度合作，邀請他們?yōu)槲⒃瀹a(chǎn)業(yè)化貢獻智慧力量，利用先進技術(shù)，開啟微藻產(chǎn)業(yè)新時代?！?肖奕博表示。
全球藻類產(chǎn)品千億市場新賽道逐漸成型
隨著微藻生物技術(shù)不斷地取得突破，微藻正一步步走進人類的生活，其更多價值也漸漸凸顯。
除了微藻蛋白，微藻中的單不飽和脂肪酸油酸的含量高于其他植物油，而且發(fā)煙點更高，是優(yōu)質(zhì)的食用油來源。還有其他高值產(chǎn)物，比如蝦青素、β - 胡蘿卜素、葉黃素、多糖等。
此外，微藻還是生產(chǎn)多不飽和脂肪酸 DHA 和 EPA 的可持續(xù)性生物資源，而深海魚油中的 DHA 和 EPA 都是通過攝取微藻獲得的，藻源 DHA、EPA 對環(huán)境更友好、食用更安全。
肖奕博告訴DeepTech，作為光合細胞工廠，微藻具備很多高等植物的天然產(chǎn)物代謝通路或者前體物質(zhì)，利用合成生物學(xué)手段，有望可以合成如紫杉醇、藏紅花素、青蒿素等藥用化合物，并且可以實現(xiàn)高效、低成本的生產(chǎn)。
他表述，微藻在藥物遞送、抗菌肽表達、外傷敷料等方向也展現(xiàn)出了巨大潛力，這些創(chuàng)新應(yīng)用也是元育生物關(guān)注的重點。
圖丨微藻實驗室小試培養(yǎng)（來源：受訪者）
雖然前景廣闊，但就全球微藻市場而言，微藻產(chǎn)業(yè)化發(fā)展緩慢，長期的痛點問題亟需解決。同時，市場上嚴重缺乏高附加值的深加工產(chǎn)品和強競爭力的自主品牌，微藻產(chǎn)業(yè)化市場亟待開發(fā)。
另一方面，微藻規(guī)模化生產(chǎn)方式落后、產(chǎn)能偏低。大部分的微藻養(yǎng)殖方式依舊偏向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，面臨著占地面積大、缺乏統(tǒng)一的標準和規(guī)則、質(zhì)量難以保障、市場秩序混亂等問題。
據(jù)了解，全球有超過 2000 家企業(yè)活躍于微藻生產(chǎn)或加工，而中國只有不到 100 家，全國年產(chǎn)量僅 1.2 萬噸 。
其中，80% 都屬于螺旋藻，而且絕大部分企業(yè)采用開放體系或半封閉系統(tǒng)，占地面積大并且質(zhì)量無法保證，難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
（來源：受訪者）
毋庸置疑，功能強大的微藻，與可持續(xù)生物資源、大健康、清潔、無過敏原、純素飲食、碳中和、植物基替代蛋白等諸多領(lǐng)域緊密相連，未來必將吸引資本聚集。
據(jù)介紹，2018 年全球藻類產(chǎn)品市場價值 339 億美元，預(yù)計到 2027 年將達到 565 億美元，嶄新的龐大賽道正逐漸成型。
誰搶先入駐這個新賽道，在未來市場競爭中，誰就更有可能獲得到更多的話語權(quán)。
打造微藻 CDMO 平臺，專攻替代蛋白
中國微藻市場由于缺乏資本推動，企業(yè)技術(shù)更新緩慢，微藻產(chǎn)業(yè)發(fā)展陷入僵局，亟需有人能夠 “站出來” 打破局面。
在肖奕博看來，微藻品質(zhì)提高較為困難、生產(chǎn)規(guī)模很難擴大、成本無法降低、技術(shù)更新迭代緩慢。因此，他認為 “小作坊式” 的微藻企業(yè)在未來很難存活，而集技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)工藝為一體的平臺則會成為主流。
因此，肖奕博在畢業(yè)后迅速發(fā)揮自身的行動力，將學(xué)術(shù)知識與現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，并在優(yōu)秀團隊以及先進技術(shù)的協(xié)助下創(chuàng)立元育生物，打造微藻合成生物 CDMO（Contract Development Manufacture Organization，合同研發(fā)生產(chǎn)組織）平臺。
“我們在清華積累多年，掌握了很多微藻及其產(chǎn)物的中試生產(chǎn)工藝，并且在設(shè)備開發(fā)、工廠建設(shè)方面有很多可靠的合作伙伴，構(gòu)建的 CDMO 平臺商業(yè)壁壘更高。而且隨著應(yīng)用場景的逐步打開，CDMO 平臺的爆發(fā)性會更強?！?肖奕博表示。
圖丨元育生物團隊技術(shù)討論（來源：受訪者）
據(jù)悉，CDMO 平臺共擁有 “兩大王牌”—— 微藻生物技術(shù)平臺和模塊化柔性生產(chǎn)平臺。
微藻生物技術(shù)平臺側(cè)重上游生物學(xué)的開發(fā)，主要聚焦藻種選育、合成生物學(xué)改造、實驗室小試工藝開發(fā)等。也開展一些創(chuàng)新產(chǎn)品的研發(fā)，比如，微藻動物疫苗、微藻抗菌肽等。
模塊化柔性生產(chǎn)平臺側(cè)重下游生產(chǎn)，比如，元育生物自主研發(fā)的光合異養(yǎng)一體化反應(yīng)器。
這種反應(yīng)器既可以培養(yǎng)自養(yǎng)微藻，同時還可以進行異養(yǎng)或兼性異養(yǎng)，加速微藻生物質(zhì)的積累。反應(yīng)器的優(yōu)勢非常明顯，自主研發(fā)不僅成本低，而且可以根據(jù)需求快速地進行迭代。
據(jù)介紹，元育生物的產(chǎn)品與服務(wù)指向食品、保健品、護膚品的方向。肖奕博表示，他們的目標是將微藻從純野生型藻株生產(chǎn)推向合成生物學(xué)理性設(shè)計，同時，將微藻的規(guī)模生產(chǎn)從農(nóng)業(yè)化推向工業(yè)化。
元育生物的 CDMO 平臺全程對微藻進行全封閉培養(yǎng)，并對生產(chǎn)過程進行全流程溯源，將污染概率降到最低，從而極大地提高產(chǎn)品質(zhì)量。
這種高規(guī)格的生產(chǎn)方式，有望重新樹立市場秩序，進一步推動行業(yè)全新變革，從而在未來市場競爭中立于優(yōu)勢地位。
關(guān)鍵詞：清華,打造,平臺,博士,替代,積累,蛋白,專攻
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