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合成生物大设施建筑施工场景
作者：王小广主编 杨柳著 来源：源头与活水 ：新型科研机构 责任编辑：深小安 2023-03-28 人已围观
合成创新院在“科研—转化—产业”的道路上不断开拓新的可能性。 从基础研究走向产业转化，合成创新院进行了大胆的创新和尝试，不仅在 农业领域做出积极探索，而且在水产养殖、生物医药、生物化工等领域也开始了各种卓有成效的产业化尝试，突破了部分产业壁垒。
以合成生物大设施为基础，与中粮集团解决国家粮食安全问题。合成创新院根据优势互补原则，先于 2018 年 11 月与中粮营养健康研究院有 限公司签署《战略合作协议》，又于 2019 年 3 月与中粮生物科技（北京） 有限公司成立“合成生物大设施产业应用联合实验室”。合作各方利用先进生物技术和化工工程手段，围绕粮油食品、生物能源、生物材料、营养健康等领域在前沿技术研究、新产品开发、技术平台建立、人才培养等层 面开展广泛深入的合作，旨在提升粮油食品行业科技水平，落实国家区域 协调发展战略。目前已开展合成生物大设施自动化关键技术开发及其产业应用探索，具体包括噬菌体在中粮产业中的应用、高通量化学检测方法的 开发及应用、合成菌群研究等。
目前，真菌毒素污染已成为我国食品安全和饲料安全的重要隐患。项目负责人司同博士透露，生物脱毒是降解真菌毒素的主流方法，但是，由于大部分天然酶降解效率低、稳定性差，该方法仍处在实验室研究阶段。 依托合成生物大设施，针对真菌毒素降解酶在应用场景中面临的现实挑战，应用自动化技术，大规模构建并快速筛选出活性、稳定性均满足实际 应用的人工降解酶。目前，已实现自动化筛选技术的突破，单个样品的测试成本从 200 元降低到 1 元以下，实验速度提高了 3 倍以上；正在加速批 量研发针对不同真菌毒素的人工降解酶。利用真菌毒素高通量检测方法， 加快降解酶开发及产业化应用，对减少经济损失、保障国家粮食安全和国民健康安全具有重要意义。
澳华农牧集团作为一家专注于高端饲料研发、生产与销售的国际型高 科技集团企业，双方优势互补，于 2015 年建立了“高效环保水产养殖联 合实验室”。实验室在第一期的 3 年时间内建立了华南地区最大的抗菌肽 库和噬菌体库，已经获得了超过 500 种针对不同病原菌的噬菌体和近千株 益生菌，并且在实验室阶段验证了抗菌肽和噬菌体能够替代抗生素，大幅减少致病性弧菌给对虾养殖造成的伤害。实验室从 2019 年开展第二期的 研究，团队将用 3 年时间将该成果从实验室阶段推向市场，扩大该技术在 水产养殖行业的广泛应用，降低抗生素对海洋环境的污染。
项目负责人马迎飞博士介绍，弧菌是引起对虾早期死亡的重要致病菌，给水产养殖业造成了巨大的经济损失。作为一种具有广泛推广和应用 前景的方法，应用噬菌体疗法越来越受到人们的关注。为此，马迎飞研究 团队以分离得到的多株致病性弧菌为宿主，又从环境中分离得到多株噬菌体，通过优化组合噬菌体并应用于后期弧菌感染的治疗，取得良好效果。
“噬菌体不是化学药品，不会对环境造成二次污染，由于它的靶向性 非常高，不会影响环境中的其他菌群，所以是安全环保绿色的抗菌方法。” 马迎飞介绍说，“传统的方法需要建立大量的噬菌体资源库，而且野生型的噬菌体有潜在的毒性，反应速度慢。为了克服传统噬菌体的弊端，我们 团队正在用合成生物学方法重新设计、合成新型的噬菌体，借助正在建设 的合成生物大设施，有望实现噬菌体高通量、大规模、自动化和标准化的 生产，最终实现在养殖业甚至临床上推广噬菌体代替抗生素，治疗耐药菌 感染的目标。”
合成创新院利用 mRNA 技术，助力新型冠状病毒疫苗研发。2020 年 年初，新型冠状病毒肺炎疫情在全球蔓延，疫苗的研制迫在眉睫。深圳先 进院多个科研团队开始技术攻关，第一时间肩负起科研“国家队”的使命 担当。1 月底，合成创新院胡勇实验室联合所内多个团队，根据 SARSCoV-2 新型冠状病毒的基因序列，科研和产业化工作双管齐下，在两周时 间内快速设计并合成了针对新型冠状病毒关键靶点的 mRNA 疫苗。2020 年 2 月 11 日，第一批疫苗已实现符合 GMP 标准的样品制备及分装。
胡勇博士介绍，mRNA 疫苗技术具备快速灵活的特点，能有效应对新 型病毒（例如新型冠状病毒）的威胁。传统的灭活疫苗和减毒疫苗存在研 发周期长、生产工艺复杂等问题，而 mRNA 技术则有望将新型冠状病毒 疫苗的研发周期缩短至传统疫苗研发周期的三分之一。其工作原理可以理解为携带细胞制造抗原蛋白指令的 mRNA 进入人体后，细胞内的蛋白质 制造工厂根据指令，将抗原蛋白制造出来，从而激活免疫系统，引起特异性的免疫反应。
利用 mRNA 这一前沿技术，科研团队在两周时间内已完成多种针对新型冠状病毒的 mRNA 疫苗抗原序列设计、载体构建、小试合成、中试 合成、制剂开发等工作，并在小鼠、大鼠、食蟹猴和恒河猴体内诱导出 SARS-CoV-2 特异性中和抗体。
值得一提的是，团队克服了 mRNA 规模生产和制剂开发的难题。 mRNA 疫苗已完成了符合 GMP 标准的样品制备，即达到了“优良制造标 准”，这为后续的疫苗研发奠定了坚实的基础。胡勇介绍道：“药物申报需 要有确定的剂型，才能进行药效评估、安全性评价，进而进入临床试验。 符合优良制造标准（GMP）的样品疫苗的成功制备，一方面，能够保证 疫苗在后续的测试中剂型的一致性；另一方面，为快速规模化生产打下基 础。”
借助国外产业化成功经验，加速国内合成生物学产业化进程。像酿酒 一样酿出大麻素，这是合成创新院又一项重要的国际合作成果。美国工程 院院士杰·基斯林早在 2016 年就开始与合成中心的科研合作，基斯林院 士和罗小舟博士决定利用微生物发酵的方法大规模制备多种大麻素及其衍生物。该科研团队在国际顶尖学术期刊《自然》杂志发文，罗小舟博士表 示，实现新的科学突破只是第一步，“合成大麻素只是一项科学探究，未 来在中国将会根据市场需求，用合成生物的手段，更高效率的发展应用， 生产中药药用植物中的天然产物”。
2019 年 1 月，基斯林院士在合成创新院的实验室正式升级为合成生物 化学研究中心。2020 年春天，“合成生物学微生物制造”联合实验室在深 圳成立，使基斯林院士能与中国知名企业携手，共同推进合成生物学技术 在中国的产业化进程，真正实现研以致用。罗小舟说：“我们希望依托基 斯林成功产业化的国际经验，以国内的市场需求和地区战略为导向，做更 多有价值的尝试。”
刘陈立指出，当前人类在享受现代文明所创造的辉煌物质文明的同 时，也面临着现代文明带来的种种威胁：在医疗领域，如抗生素的滥用所 导致的超级细菌横行，各种新型病毒带来的流行性疾病，还有肥胖症、糖 尿病、癌症等各种慢性疾病；在工农业生产领域，人类面临着化石燃料的 枯竭，以及温室气体的过度排放、土壤贫瘠、耕地面积减少、农产品品质下降、环境污染、土壤重金属污染等问题。积极发展合成生物学技术，从 基础研究走向产业转化，将为以上问题的最终解决带来希望。
合成生物产业的飞速发展既需要基础研究的原创发现，也需要应用研 究的工艺开发和产品转化。因此，合成创新院提出在深圳市建设光明工程 生物产业创新中心，以此担当创新链条的中间环节，桥联基础研究和产业应用。
以合成生物大设施为基础，与中粮集团解决国家粮食安全问题。合成创新院根据优势互补原则，先于 2018 年 11 月与中粮营养健康研究院有 限公司签署《战略合作协议》，又于 2019 年 3 月与中粮生物科技（北京） 有限公司成立“合成生物大设施产业应用联合实验室”。合作各方利用先进生物技术和化工工程手段，围绕粮油食品、生物能源、生物材料、营养健康等领域在前沿技术研究、新产品开发、技术平台建立、人才培养等层 面开展广泛深入的合作，旨在提升粮油食品行业科技水平，落实国家区域 协调发展战略。目前已开展合成生物大设施自动化关键技术开发及其产业应用探索，具体包括噬菌体在中粮产业中的应用、高通量化学检测方法的 开发及应用、合成菌群研究等。
▲创新中心效果图
澳华农牧集团作为一家专注于高端饲料研发、生产与销售的国际型高 科技集团企业，双方优势互补，于 2015 年建立了“高效环保水产养殖联 合实验室”。实验室在第一期的 3 年时间内建立了华南地区最大的抗菌肽 库和噬菌体库，已经获得了超过 500 种针对不同病原菌的噬菌体和近千株 益生菌，并且在实验室阶段验证了抗菌肽和噬菌体能够替代抗生素，大幅减少致病性弧菌给对虾养殖造成的伤害。实验室从 2019 年开展第二期的 研究，团队将用 3 年时间将该成果从实验室阶段推向市场，扩大该技术在 水产养殖行业的广泛应用，降低抗生素对海洋环境的污染。
项目负责人马迎飞博士介绍，弧菌是引起对虾早期死亡的重要致病菌，给水产养殖业造成了巨大的经济损失。作为一种具有广泛推广和应用 前景的方法，应用噬菌体疗法越来越受到人们的关注。为此，马迎飞研究 团队以分离得到的多株致病性弧菌为宿主，又从环境中分离得到多株噬菌体，通过优化组合噬菌体并应用于后期弧菌感染的治疗，取得良好效果。
“噬菌体不是化学药品，不会对环境造成二次污染，由于它的靶向性 非常高，不会影响环境中的其他菌群，所以是安全环保绿色的抗菌方法。” 马迎飞介绍说，“传统的方法需要建立大量的噬菌体资源库，而且野生型的噬菌体有潜在的毒性，反应速度慢。为了克服传统噬菌体的弊端，我们 团队正在用合成生物学方法重新设计、合成新型的噬菌体，借助正在建设 的合成生物大设施，有望实现噬菌体高通量、大规模、自动化和标准化的 生产，最终实现在养殖业甚至临床上推广噬菌体代替抗生素，治疗耐药菌 感染的目标。”
合成创新院利用 mRNA 技术，助力新型冠状病毒疫苗研发。2020 年 年初，新型冠状病毒肺炎疫情在全球蔓延，疫苗的研制迫在眉睫。深圳先 进院多个科研团队开始技术攻关，第一时间肩负起科研“国家队”的使命 担当。1 月底，合成创新院胡勇实验室联合所内多个团队，根据 SARSCoV-2 新型冠状病毒的基因序列，科研和产业化工作双管齐下，在两周时 间内快速设计并合成了针对新型冠状病毒关键靶点的 mRNA 疫苗。2020 年 2 月 11 日，第一批疫苗已实现符合 GMP 标准的样品制备及分装。
胡勇博士介绍，mRNA 疫苗技术具备快速灵活的特点，能有效应对新 型病毒（例如新型冠状病毒）的威胁。传统的灭活疫苗和减毒疫苗存在研 发周期长、生产工艺复杂等问题，而 mRNA 技术则有望将新型冠状病毒 疫苗的研发周期缩短至传统疫苗研发周期的三分之一。其工作原理可以理解为携带细胞制造抗原蛋白指令的 mRNA 进入人体后，细胞内的蛋白质 制造工厂根据指令，将抗原蛋白制造出来，从而激活免疫系统，引起特异性的免疫反应。
利用 mRNA 这一前沿技术，科研团队在两周时间内已完成多种针对新型冠状病毒的 mRNA 疫苗抗原序列设计、载体构建、小试合成、中试 合成、制剂开发等工作，并在小鼠、大鼠、食蟹猴和恒河猴体内诱导出 SARS-CoV-2 特异性中和抗体。
值得一提的是，团队克服了 mRNA 规模生产和制剂开发的难题。 mRNA 疫苗已完成了符合 GMP 标准的样品制备，即达到了“优良制造标 准”，这为后续的疫苗研发奠定了坚实的基础。胡勇介绍道：“药物申报需 要有确定的剂型，才能进行药效评估、安全性评价，进而进入临床试验。 符合优良制造标准（GMP）的样品疫苗的成功制备，一方面，能够保证 疫苗在后续的测试中剂型的一致性；另一方面，为快速规模化生产打下基 础。”
借助国外产业化成功经验，加速国内合成生物学产业化进程。像酿酒 一样酿出大麻素，这是合成创新院又一项重要的国际合作成果。美国工程 院院士杰·基斯林早在 2016 年就开始与合成中心的科研合作，基斯林院 士和罗小舟博士决定利用微生物发酵的方法大规模制备多种大麻素及其衍生物。该科研团队在国际顶尖学术期刊《自然》杂志发文，罗小舟博士表 示，实现新的科学突破只是第一步，“合成大麻素只是一项科学探究，未 来在中国将会根据市场需求，用合成生物的手段，更高效率的发展应用， 生产中药药用植物中的天然产物”。
2019 年 1 月，基斯林院士在合成创新院的实验室正式升级为合成生物 化学研究中心。2020 年春天，“合成生物学微生物制造”联合实验室在深 圳成立，使基斯林院士能与中国知名企业携手，共同推进合成生物学技术 在中国的产业化进程，真正实现研以致用。罗小舟说：“我们希望依托基 斯林成功产业化的国际经验，以国内的市场需求和地区战略为导向，做更 多有价值的尝试。”
刘陈立指出，当前人类在享受现代文明所创造的辉煌物质文明的同 时，也面临着现代文明带来的种种威胁：在医疗领域，如抗生素的滥用所 导致的超级细菌横行，各种新型病毒带来的流行性疾病，还有肥胖症、糖 尿病、癌症等各种慢性疾病；在工农业生产领域，人类面临着化石燃料的 枯竭，以及温室气体的过度排放、土壤贫瘠、耕地面积减少、农产品品质下降、环境污染、土壤重金属污染等问题。积极发展合成生物学技术，从 基础研究走向产业转化，将为以上问题的最终解决带来希望。
合成生物产业的飞速发展既需要基础研究的原创发现，也需要应用研 究的工艺开发和产品转化。因此，合成创新院提出在深圳市建设光明工程 生物产业创新中心，以此担当创新链条的中间环节，桥联基础研究和产业应用。
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