原料药合成生物学及其产业应用20240515
1、合成生物学产业概况
· 合成生物学产业自2023年起投资热度持续提升，已在医药、能源、材料、化工和农业等领域得到广泛应用，成为关注度高的产业领域之一。
2、原料合成生物学及其产业应用
· 合成生物学在原料药领域通过设计合成元件到整个合成途径的人工设计，特别是利用AI和机器学习等技术，得到高产菌株，提高药物合成效率和纯度。
3、合成生物学技术在医药领域的应用
· 合成生物学技术在医药领域的应用包括已有微生物药物的重构、新化合物的发现以及化学制药的生物转化，具有颠覆性的生产技术优势。
4、国际竞争与合成生物学
· 合成生物学已成为国际竞争的焦点，中国和美国均发布了相关政策以推动合成生物学和原料药产业的高质量发展。
5、合成生物学的科学基础与技术路线
· 合成生物学涉及微生物药物的合成机制、合成前体的生成、以及微生物药物合成生物体系的重构，技术路线包括基因组重塑、合成途径定向重构和调控通路重组。
6、合成生物学在实际生产中的应用案例
· 通过合成生物学技术，实现了塔克莫斯等药物的生产菌株重构，提高了发酵水平和降低了生产成本，对国际市场竞争和国内市场垄断的突破起到了关键作用。
7、合成生物学的全球发展与中国的角色
· 中国在合成生物学领域具有发酵技术优势和快速产业化的能力，合成生物学的发展有助于推动产业企业兼并扩张，提升国际竞争力。
8、生产成本与合成生物学的未来方向
· 当前化学合成在成本上仍具有优势，但生物合成是未来发展方向，需要进一步提高酶的效率和适配性。AI技术在菌种选育和生产过程控制中有应用前景，但到产业应用还有一定距离。
9、合成生物学的产业合作与展望
· 合成生物学的产业合作和技术创新是推动产业发展的关键，期待未来在技术合作转化方面取得更多突破。
Q&A
Q：合成生物学在原料药合成中的应用及其挑战是什么？
A：合成生物学在原料药合成中的应用主要依赖于酶和微生物，尤其是酶的丰富含量和合成机制。通过定向进化和合成机制的解释，可以实现酶法生物转化，从而简化化学合成步骤，提高效率。例如，多巴的合成从化学合成的多步骤转变为生物合成的单步骤。然而，生物合成取代化学合成的过程仍面临挑战，包括合成元件酶的数量限制、合成效率和生产成本。目前，生物合成在体内应用还有很长的路要走，需要科学家和企业家的共同努力。
Q：微生物底盘细胞在植物药合成中的作用及其产业化难点是什么？
A：微生物底盘细胞在植物药合成中扮演着关键角色，通过微生物表达来合成植物中的有效成分。尽管已有一些成功的例子，如将植物合成体系转移到微生物中，但实现产业化仍面临挑战。主要难点在于如何提高底盘细胞的适配性和合成效率，以及如何优化合成路线和系统技术，从而提高发酵水平并实现产业化。
Q：贵团队在合成生物学领域的研究方向和成果有哪些？
A：我们的团队主要研究方向包括防线菌防霉菌的基因编辑技术、合成生物学在原料药合成中的应用，以及通过基因组重塑、合成途径定向重构和调控通路重组来提高合成效率。我们已经成功地将合成生物学技术应用于多种药物的生产，如塔克莫斯、达托霉素和L90岁等，实现了产量的大幅提高，并与多家企业合作实现了产业化。此外，我们还致力于开发新的化合物，以扩展微生物制药的内涵，支持中国原料药产业的高质量发展。
Q：工业煤库的构建主体、成本和难度主要在哪些方面？
A：工业煤库的构建目前主要由国家布局，涉及资源库的建设，主要由教育部牵头，多个高校参与。构建成本包括煤的挖掘、定向精华以及最终的存储，涉及企业与高校的合作。如果没有国家大资金支持，高校独立完成较为困难。此外，还需要考虑如何将煤库市场化以及建立互惠互利的机制，否则运行和维护成本会很高。
Q：合成生物学中哪些步骤或环节是关键的？
A：合成生物学中关键的步骤包括选品、工艺放大和代谢工程。微生物合成的关键在酶的选择性和定向进化，这决定了合成效率和发酵水平。化学合成则需要根据化合物的分子结构设计合成途径，并进行优化。此外，基因组改造、调控通路改造以及合成过程的改造也是关键环节。
Q：中国在全球合成生物学领域的比较优势是什么？
A：中国在合成生物学领域的比较优势在于发酵技术的传统优势，以及从上游研发到下游产业化的快速转化能力。中国的合成生物学发展速度快，部分品种达到国际领先水平。同时，中国的合成生物学研究注重解决实际问题，而非纯粹的基础理论研究。但也存在同质化企业多、大型企业少的问题，未来可能会通过企业兼并扩张来提升国际竞争力。
Q：在大规模生产中，化学法与生物法在生产成本上有何差异？
A：目前许多品种的化学合成成本相对较低，尽管化学合成过程中涉及较多的分离纯化步骤。化学合成虽然存在污染大、能耗高等问题，但由于长期的技术积累，其成本已经相对较低。生物合成是一个有前景的方向，未来有望在成本上低于化学合成。目前生物合成未能完全替代化学合成的原因在于可用的酶原件种类有限，且酶合成效率有待提高。因此，化学合成在多数品种上仍具有成本优势，但生物合成技术的发展是一个持续关注的方向。
Q：AI技术在合成生物学，特别是在菌种选育领域的应用前景如何？
A：AI技术在合成生物学中的应用前景是广阔的。AI可以用于重新设计蛋白质，优化酶原件与底物的作用位点，以及指导菌种的定向进化。尽管目前在菌种筛选中AI的作用尚未发挥到最大，但其在发酵过程、生物合成调控通路的优化，以及生产过程控制方面具有重要作用。AI能够通过数学模型指导菌种改造，优化培养基，以及对代谢过程的波动进行预测和控制。虽然AI在实际产业应用中还有一段距离，但它代表着合成生物学的发展方向，并且目前科研机构正在积极探索其应用。
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