近日，中科欣扬联合DeepTech 正式发布《2023 合成生物驱动美丽健康消费品产业报告》（以下简称“报告”）。该报告基于中科欣扬深耕美丽健康赛道的丰富实践经验和创新成果，以及DeepTech对合成生物学关键技术和美丽健康消费品产业趋势的深入分析，共同展望合成生物美丽健康消费品的未来发展方向和前景。
合成生物学作为一种底层技术正日益引起各行业的关注，利用基因测序、编辑等技术改变细胞的代谢方式和途径，为多个领域提供了新物质原料的生产与应用。在医药、农业、食品、环保、能源和新材料等领域，合成生物学正展现出巨大的潜力和创新力。
化妆品和食品健康，在上游活性成分领域很多时候是相通的，如抗氧化、抗衰老、损伤修复、美白、营养等功效应用都是如此，我们将其统称为「美丽健康消费品」。
在食品领域，合成生物学为研发赋能，为大规模食品生产建立新方法，开发多种功能的天然稀有产物、生产食品添加剂和食品原料，研发风味、质构、形态可控的食品产品，实现更安全、更营养和更可持续的食品获得方式。
美丽健康消费品已经成为合成生物学产业化应用的成功赛道之一。合成生物学为美丽健康消费品带来了巨大的创新潜力，不仅是对传统原料的替代和补充，还能为产品赋予更多的功能和优势。
Part 01. 科技赋能–合成生物成为美丽健康 创新加速器
合成生物四大优势，传统产业模式转型升级
合成生物学是继“DNA双螺旋发现”和“人类基因组计划”两次生物科技革命之后，引领世界的“第三次生物科技革命”。合成生物学为生命科学研究提供了可定量、可计算、可预测的全新方法论，推动了人类由解读生命到编写生命，创造生命的跨越。同时，合成生物学也横跨多个学科领域，将生物学、工程学和计算机科学等多知识相结合，旨在设计、构建和改造生物系统，以实现特定的功能和应用。合成生物学技术是对传统生产方式的补充和颠覆，在医药、食品、农业、能源、化工等领域展现出了巨大的应用潜力。
图丨与传统的化学合成相比，合成生物制造的优势
（来源：DeepTech）
合成生物成为未来新食品创新路径
在食品领域，合成生物学为研发赋能，为大规模食品生产建立新方法，开发多种功能的替代蛋白、合成天然稀有产物、提供微生物油脂、生产食品添加剂和食品原料，研发风味、质构、形态可控的食品产品，实现更安全、更营养和更可持续的食品获得方式。
图丨合成生物学赋能食品应用领域
（来源：公开信息、DeepTech）
以微生物为生物制造载体，未来在微生物菌体蛋白、营养补充剂、风味物质等方面，展现出强劲的动力。用作食品的合成生物底盘细胞需要较为谨慎的选择，尽管全球主要国家对大肠杆菌等非食品级的细胞产物有不同程度的接纳，但选择食品安全级底盘细胞仍然非常有必要，如酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、谷氨酸棒杆菌、里氏木霉、黑曲霉等都是比较好的选择，对此类底盘细胞的合成生物学开发尚需加速成熟。
合成生物在食品健康领域落地加速
全球都在快速布局合成生物学的发展应用，新食品领域是合成生物学增长最快速的领域之一，其中最受产业界关注的名词是“新型”和“功能”。国外近年融资主要为替代蛋白与油脂，如微生物油脂、细胞培养肉、细胞培养脂肪等；我国则侧重于功能食品原料产品和新型食品添加剂等。
表丨中国代表性合成生物食品领域融资
（按融资时间排序；来源：公开信息、DeepTech）
Part 02. 重塑创新–合成生物在美丽健康 领域的科技创新
研发基石：合成生物使能平台
在合成生物技术的发展中，遗传工具的逐步丰富、大量实验数据的积累和菌株资源的挖掘，无论在微生物学基础理论研究还是工业生物应用都发挥着重要的作用。
图丨智能计算合成生物学使能平台 （来源：中科欣扬）
加速技术：自动化智能化助力合成生物快速研发
高通量自动化和AI技术正在引领生命科学领域的变革。实验室自动化的发展将传统的实验过程转化为由自动化设备和机器人执行的操作，从而显著提高实验操作的效率、准确性和可重复性；AI技术可以加速和重构合成生物学全流程。
当前主流的高通量自动化技术，优先选用微流控技术来实现集成化、即时化的高通量筛选流程，辅以工作站、机械臂等机械自动化平台。通过将超高通量的微流控“小设施”与自动化机械臂的“大设施”相结合，更高效深入的进行基因-表型数据挖掘和菌株优化。
图丨多平台融合赋能研发（来源：中科欣扬）
高铸壁垒：以稀有限定资源积累构筑竞争先发优势
合成生物是一个厚积薄发的赛道，并不能一蹴而就，需要长期的积累和深度资源挖掘，如GinkgoBioworks作为横向研发平台型企业，打造细胞编程代码库和铸造厂核心资产。在构建使能平台与布局快速研发技术的基础上，如何构建牢不可破的竞争壁垒是合成生物是产业参与者需要面对的重要课题。
以稀缺的特色资源铸就的核心壁垒，合成生物的研究需要各类微生物资源和元件资源，真正壁垒在于稀缺的资源，特别是难以获得的菌株资源。如中科欣扬“全球极端环境微生物资源库”通过多年全球极端环境科考,创建了菌株实体库和资源软体库，已存储来自冰川、热泉、深海等极端环境中分离的海量菌种,具有嗜冷、耐热、耐酸碱、耐盐等特性，为合成生物学开发提供了大量稀有、独特元器件。构筑特色微生物资源实体库，可以在元件挖掘、酶的选育、菌株筛选方面均获得独占优势和先发优势。 图丨全球极端环境微生物资源库 （来源：中科欣扬）
解决应用场景短板，深度挖掘面向终端的研究
以应用研究为新产导向，可以更快打通利用合成生物学技术开发原料到应用场景拓展的快车道，尤其是在涉及产品功效验证和原料选择方面。一方面，大型头部品牌可以投入大量资源来进行原料测试，并拥有庞大的研发团队，但小型/初创品牌可能面临着有限的资金和技术资源限制无法开展大量的自主研究。另一方面，中国化妆品行业原料供应商也在积极探索国产原料和产品，与国际巨头之间尚存差距。国际化妆品巨头建设的研发中心有7个位于上海，同时德之馨、帝斯曼、奇华顿、亚什兰等知名原料供应商也都在上海开设中国分公司，上海未来将承担化妆品应用研发高地。
表丨上海部分美妆研发中心
（按首字母排序，来源：公开信息、DeepTech）
替代蛋白&功能蛋白在未来展现出强劲的动力
替代蛋白作为蛋白补充产品逐步走入大众的视野，消费者往往出于对营养和健康的需求，对其有着越来越多的兴趣和包容性。与传统肉类生产相比，以细胞工厂生产替代蛋白可以减少养殖业周期波动带来的不确定性。
以细胞工厂为生物制造载体,未来在人造奶、微生物菌体蛋白营养补充剂、风味物质等方面,展现出强劲的动力。据波士顿咨询 (BCG)数据，预计2035年替代蛋白占到全球蛋白质消费将由2%提升至11%-22%。
以合成生物的方式生产替代蛋白的另一推动力是对环境的友好。其一，微生物对氮、磷和其他营养物质的利用效率显著高于植物，减少人工施肥下氮磷流失对环境的影响;其，微生物发酵显着减少土地和水的依赖，不直接与粮食作物竞争土壤和淡水资源,可以规模化合集约化生产;其三,传统的牲畜饲养是温室气体甲烷排放的主要来源，以能量转化角度来看，采用替代蛋白与传统肉类相比可以减少80%以上的碳排放。
里氏木霉：一种理想的重组蛋白（功能蛋白、替代蛋白）的生产用菌株
产物分离纯化作为大规模生产流程中的最下游环节，合成生物目标蛋白产物与微生物细胞本身蛋白的混合增大了产物分离的难度，细胞的破碎、过滤、沉淀、离心、干燥等技术环节均为高能耗、高损耗的步骤纯化费用，约占总生产成本的20%～30%。从技术源头建立细胞表达外泌系统，可以减少细胞破碎环节，同时减少杂蛋白，是合成生物提高效率的重要途径。
里氏木霉是一类丝状真菌，在生产条件下通常不产生真菌毒素或抗生素，在工业和食品领域的应用相对安全，是一种理想的重组蛋白（功能蛋白、替代蛋白）的生产用菌株。国际上以Novzyme、Genencor为主的酶制剂公司已掌握里氏木霉纤维素酶生产和蛋白高效表达的关键核心技术。PerfectDay公司利用里氏木霉表达了乳蛋白的主要成分，完成了人造奶的生物合成。中国在里氏木霉产业应用上尚未形成具有自主知识产权的高效生产体系。
里氏木霉若开发成为通用性蛋白高效分泌表达，还需要面对一系列的难题，如生长发育复杂，遗传改造困难；难以获得高表达的重组菌株；表达系统单一、蛋白表达水平和通量低等问题。突破技术瓶颈则需要建立木霉高效遗传转化平台、木霉高通量筛选系统、通用高效木霉蛋白分泌表达系统等。
Part 03. 引领产业–产业价值链及 核心能力壁垒
“产学研用”生态圈，临门一脚在于“用”
「以市场为导向，多元化产品管线布局」根据市场需求和趋势，广泛开发和推出多样化的产品，以满足多样化应用需求。需要具备跨领域和跨行业的知识技能，与其他行业领域进行合作和整合，实现合成生物技术在不同领域的应用。
「构建“产学研用”生态圈，关键在于用的突破」新原料在推向市场的初期，往往存在供需不匹配的问题，这就需要将原料推向开发和在配方中的应用，可以采取原料定制、合作开发等方式为原料找到更多应用场景。
食品活性原料/替代蛋白，法规监管的推动将成为里程碑
「监管与审批仍然严格」合成生物学在食品领域的商业应用尚未获得完全政策的支持，合成生物技术涉及基因编辑及转基因，故监管除食品安全外，还需基于转基因监管审查生物安全问题，从而形成多部门协同并管的现状。
许多领域内企业纷纷寻求不同的发展路径，如合成生物生产食品用酶制剂可以进入常规审批流程；昌进生物建立消费品牌“创生活”推出类奶油、类芝士、0乳源冰淇淋等系列产品；一兮生物与国内外多家下游企业开展HMOs的合作和应用端研究。
「多方合力，推动合成生物食品落地」2022年中国营养学会发布《母乳低聚糖：功能、法规管理及应用前景》，建议推进有成熟生产能力的HMOs组分作为营养强化剂使用；2023年中国食品科学技术学会发布《母乳低聚糖（HMOs）的科学共识》，认为HMOs的营养必要性、安全性与应用可行性已得到广泛认可，相关生产与应用技术已相对成熟，建议积极推进HMOs的审批与应用。有望推动母乳低聚糖的监管政策，此举将成为合成生物在食品领域合规的重要里程碑。 文章来源：中科欣扬
本篇文章来源于微信公众号: HNC健康营养展
