不到半年，紅杉領(lǐng)投的創(chuàng)新性合成生物學公司取得多項關(guān)鍵突破！PHA開放發(fā)酵工藝年產(chǎn)量可超萬噸

成立至今即將滿一周年，微構(gòu)工場最近在產(chǎn)品、技術(shù)、市場等方面有哪些突破性的進展？在“紅杉系”資本的支持下，未來可降解塑料 PHA 又有哪些亮點值得業(yè)界期待？

據(jù)悉，微構(gòu)工場作為 “下一代工業(yè)生物技術(shù)” 的生物制造初創(chuàng)企業(yè)，現(xiàn)在已經(jīng)完成了全球最大的 PHA 生產(chǎn)罐體工藝開發(fā)，且具備建立年產(chǎn)萬噸級及以上 PHA 生產(chǎn)基地建設(shè)的實力。基于綠色節(jié)能的新型底盤細胞系列，微構(gòu)工場也在不同產(chǎn)品的合成制造上進行了拓展。目前，已經(jīng)開發(fā)了合成淀粉酶、糖化酶、3-羥基丙酸、戊二胺、氨基酸、戊二酸等化工原料的生產(chǎn)菌株，這為 “下一代工業(yè)生物技術(shù)” 低成本生產(chǎn)平臺增加了更多的產(chǎn)品。

同時，微構(gòu)工場也在深入推進與下游合作伙伴在終端應(yīng)用場景上的開拓。在 PHA 行業(yè)的價值鏈中，從上游發(fā)酵所得到的 PHA 粉料，到中間改性所得到的 PHA 粒料，再到下游加工所得到的 PHA 終端產(chǎn)品，每個部分都有其技術(shù)的壁壘。

該公司所搭建的 PHA 粒料的定制化合成平臺，進一步豐富了 PHA 的終端應(yīng)用場景和提升了企業(yè)的競爭優(yōu)勢，已經(jīng)與國內(nèi)外用戶建立了應(yīng)用測試關(guān)系。

微構(gòu)工場的創(chuàng)始人兼首席科學家陳國強教授曾表示：“微構(gòu)工場有著三大目標，分別是：全球最大的 PHA 生產(chǎn)商、全球做 PHA 不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)品最多的企業(yè)、做質(zhì)量最好（純度、分子量等最好）的 PHA 的企業(yè)。”


這一宏大愿景如何一步一步實現(xiàn)呢？接下來我們從細微的顆粒度上進一步了解。

對 PHA 生產(chǎn)方案迭代升級，滿足下游市場不同需求及場景

PHA 是個有上百種細分材料的大家族。各個細分材料由于單體鏈長、側(cè)鏈結(jié)構(gòu)、單體種類不同，在性能上具有顯著的差異，因此下游應(yīng)用十分廣泛。據(jù)了解，PHA 的應(yīng)用場景涵蓋了從高端醫(yī)療應(yīng)用，到中端食品包裝材料和生物基纖維，再到低端快遞包裝和農(nóng)用地膜等領(lǐng)域。

陳國強教授從博士時期便開始做 PHA 相關(guān)研究，30 余年的經(jīng)驗積累使他對合成生物技術(shù)以及 PHA 的工藝都非常熟悉，并且也申請了一系列的專利，這正是公司核心之所在。依托陳國強團隊開發(fā)的低碳環(huán)保 “下一代工業(yè)生物技術(shù)” 體系，微構(gòu)工場可以合成 30 余種不同性能的 PHA 材料，以滿足不同應(yīng)用的需求。

目前，該公司從生產(chǎn)菌株、PHA 材料和生產(chǎn)工藝三個維度，對 PHA 生產(chǎn)方案進行了升級。

第一，該公司所研究的菌株主要經(jīng)歷了，從嚴格高溫高壓滅菌處理的不耐受污染菌株到可以開放發(fā)酵、連續(xù)培養(yǎng)的抗雜菌菌株的迭代。該過程前期依托清華大學技術(shù)團隊用了 10 余年時間來實現(xiàn)，構(gòu)建了 15 代具有不同性能的生產(chǎn)菌株，如開放培養(yǎng)、生長快速、能利用多種廉價底物、無需滅菌、底物易提取等。

目前，圍繞基礎(chǔ)菌株的合成生物學技術(shù)體系已經(jīng)越來越完善，新菌株的開發(fā)效率以倍速提高，競爭力大幅提高。

第二，該團隊已經(jīng)掌握了最新一代 P34HB 的大規(guī)模生產(chǎn)工藝，開發(fā)了單體比例控制方法和以葡萄糖、甘油、餐廚處理物等為單一碳源生產(chǎn)的新技術(shù)，使綜合生產(chǎn)成本下降了 50% 以上。

此外，他們還率先開發(fā)了由三種單體聚合形成的第五代 PHA 材料。這一新材料除了具有相比前幾代材料更加優(yōu)良的力學性能，還具備了較好的透明性，使得 PHA 在部分需要透明塑料的領(lǐng)域也擁有大規(guī)模替代的潛力。

第三，基于性能優(yōu)異的底盤細胞，發(fā)酵工藝和提取工藝得到大幅簡化，進一步推動了生產(chǎn)周期的縮短和底物轉(zhuǎn)化率的提高。該團隊最新的提取工藝已經(jīng)可以完全在水相中完成，更加簡潔環(huán)保。這些工藝上的優(yōu)化進一步使綜合成本降低 30% 以上。

微構(gòu)工場聯(lián)合創(chuàng)始人蘭宇軒表示：“我們在完成天使輪融資后，一方面，加緊建設(shè)第一條年產(chǎn)千噸 PHA 智能示范線；另一方面，搭建了項目執(zhí)行團隊以快速拓展下游眾多的應(yīng)用場景。

他補充說道：“我們目前已經(jīng)和包括食品、汽車、紡織、護膚品等行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)建立了合作，并共同推動下游終端產(chǎn)品的開發(fā)。現(xiàn)在，已有數(shù)批產(chǎn)品完成了交付并取得收入，實現(xiàn)了一定的造血能力?！?/span>

在生產(chǎn)方面，該公司的經(jīng)營團隊側(cè)重對于整體工廠建設(shè)和工藝的把控，而科研團隊則著重開發(fā)新菌株并優(yōu)化穩(wěn)定反應(yīng)體系。

在下游合作方面，經(jīng)營團隊側(cè)重于確定市場方向與尋找合作伙伴，科研團隊則圍繞具體的合作內(nèi)容展開研究。

另據(jù)悉，該公司目前已經(jīng)招募了一批在行業(yè)內(nèi)非常有經(jīng)驗的工程師，平均工作年限在 10 年以上，極大地推動了該公司的產(chǎn)業(yè)化進程。

全方位構(gòu)建核心壁壘，加深公司在 PHA 領(lǐng)域的護城河

成立不到半年，微構(gòu)工場為何能夠在后疫情時代逆勢獲得由紅杉種子基金領(lǐng)投的 5000 萬元天使輪融資？

作為一家創(chuàng)新性合成生物學公司，新技術(shù)的持續(xù)開發(fā)和應(yīng)用是推動公司創(chuàng)新發(fā)展的源動力，而新技術(shù)的載體主要是專利。

該公司從成立之初就非常重視專利的布局工作。公司在開發(fā)自有專利的同時，也與外界著名研究機構(gòu)合作，聯(lián)合開發(fā)其他專利。

據(jù)悉，微構(gòu)工場已經(jīng)與清華大學、華南理工大學等著名高校簽訂了技術(shù)委托開發(fā)協(xié)議，在新菌株優(yōu)化領(lǐng)域進行深度合作。通過與清華大學的全方位合作獲得了 22 項相關(guān)技術(shù)專利的排他許可使用權(quán)，同時與清華大學、華南理工大學聯(lián)合申請專利4項，公司單獨獲批專利 5 項。通過自主研發(fā)和委托開發(fā)兩種途徑，該公司已經(jīng)搭建起一條成熟的專利體系。

除此之外，該公司還基于 PHA 價值鏈全方位構(gòu)建核心壁壘。從 PHA 生產(chǎn)的菌株開始，該團隊就選擇了采用自主研發(fā)的鹽單胞菌作為底盤細菌，首次實現(xiàn)了 PHA 發(fā)酵過程中無需滅菌，將綜合成本降低 30% 以上。

此外，對于這一新的底盤細菌，該團隊還開發(fā)了一系列獨有的基因編輯工具和代謝元件。例如，通過添加血紅蛋白的表達基因以提升底盤細菌的氧氣利用率、修改細胞骨架去表達更大的 PHA 顆粒以提升純化效率、調(diào)整分裂周期和形式以促進細菌的快速增殖等，使其更加適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)。

該團隊還不斷向下游延伸，從造粒走向終端應(yīng)用場景，進而在整條價值鏈上進行完善的布局。

克服材料的 “成本” 難題，在 PHA 及相關(guān)領(lǐng)域深度布局

PHA 是一種在自然環(huán)境下可以快速降解的生物材料，常見的膜袋、水瓶、餐具等在海洋、土壤、河流中 3 個月到 6 年即可完全降解。PHA 的降解產(chǎn)物對人體和環(huán)境無害，PHA 材料種類多樣、性能各異，是全面替代傳統(tǒng)石化塑料的最佳材料，未來的應(yīng)用前景廣闊。

然而，PHA 材料在產(chǎn)業(yè)化過程中卻面臨一定的難題，其中最大挑戰(zhàn)是 “成本”，這也是所有 PHA 企業(yè)研發(fā)的重點。針對以上問題，該公司主要從三方面進行優(yōu)化調(diào)整：

一是不斷提高菌株性能。利用合成生物學技術(shù)優(yōu)化菌株的代謝路徑，提高酶促反應(yīng)效率、底物轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)物產(chǎn)量、菌株生長速度和穩(wěn)定性，并降低產(chǎn)物提取難度；

二是開拓廉價底物途徑。結(jié)合微構(gòu)底盤細胞不需要滅菌的優(yōu)勢，該公司開發(fā)了來源廣泛、價格低廉的新底物，包括餐廚垃圾處理物、活性污泥處理物、農(nóng)用秸稈糖等。這些新底物的應(yīng)用將使 PHA 成本進一步下降 30% 以上。

三是優(yōu)化整體工藝運行效率。通過模型推算和實踐，該公司建立了從細胞培養(yǎng)到分離提取的全流程優(yōu)化方案，使整個生產(chǎn)過程在最佳條件下運行，達到節(jié)能降耗的目的。

與石油等不可循環(huán)的碳源傳統(tǒng)塑料相比，PHA 最大的優(yōu)勢是，其生產(chǎn)底物都是可以循環(huán)的碳源（例如淀粉糖、餐廚垃圾處理物、秸稈水解糖等）。并且，PHA 的整個聚合過程是生物聚合而非化學聚合，顯著地減少了生產(chǎn)過程的碳排放，這對響應(yīng)“碳中和”“碳達峰”具有非常重要的意義。

值得關(guān)注的是，該團隊還將以往發(fā)酵過程中的能耗大戶用高溫高壓滅菌去除，綜合能耗比以往的 PHA 生產(chǎn)進一步降低 50% 以上，最大程度減少了碳足跡。

目前，該團隊正在和測量碳排放的第三方權(quán)威機構(gòu)進行溝通，準備在第一個示范線運行后進行 LCA 生命周期評價，更準確、科學地評估整個生產(chǎn)過程對于環(huán)境的影響，并進行不斷優(yōu)化和改善。

在創(chuàng)投資金的支持下，針對 PHA 產(chǎn)業(yè)化模式，該團隊制定了詳細的規(guī)劃。蘭宇軒表示：“ 作為一種新產(chǎn)品，客戶的需求和接受需要一定的時間，我們將采用逐步擴大、穩(wěn)步推進的模式進行市場布局?！?/span>