源自清华两大微藻实验室技术积累，清华博士打造CDMO平台，专攻替代蛋白｜专

时间：2023-05-09 01:18:02 | 来源：网站运营

时间：2023-05-09 01:18:02 来源：网站运营

源自清华两大微藻实验室技术积累，清华博士打造CDMO平台，专攻替代蛋白｜专访：随着人们对食品安全、健康、可持续需求的不断升级，各商家主打"植物替代蛋白"正在逐渐走进人们的生活：肯德基推出“植培黄金鸡块”、星期零与奈雪的茶、喜茶合作推出“未来肉汉堡”、联合利华与汉堡王联合推出“真香植物基皇堡”……




如今，人类面临健康食物匮乏、温室效应、环境污染、能源危机等重大的现实挑战。替代蛋白正在成为素食、动物肉外的第三种选择。




而一种叫“微藻”的微生物正在成为实现全球可持续发展的有效途径之一。微藻，顾名思义就是肉眼看不见的微小藻类。




微藻的应用场景非常广泛，特别是作为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，口感更好且没有过敏原。




图 | 震旦纪藻类化石（左）和微藻显微细胞（右）（来源：受访者）




但是目前，微藻行业的关注度相对很低，从科学源头来看，它在合成生物学领域没有大肠、酵母这些模式微生物那样容易收获科研成果。




据公开资料显示，微藻有超过 30 万个种类，其中有 3 万种记录在册，但当下被用于食品保健品和医药领域的大约只有 15 种经济微藻。




清华大学生物学博士、元育生物创始人 & CEO 肖奕博认为 ，该领域整体研究队伍没那么“浩大”，但同时，该领域也没那么嘈杂的干扰因素，科研做得好坏的判断会更明显。而商业化方面最大的机会可能在于对传统农业的颠覆。




”所以，微藻可以成为现代农业的实现路径之一，最终应用目前比较合理、清楚预见的最大机会可能会出现在替代蛋白领域。”

与微藻结缘，两大微藻实验室近 30 年先进技术助力

与微生物、动物、高等植物细胞相比，微藻细胞的分子改造技术起步晚、发展最为缓慢。而且，自养代谢模式下的微藻，生物量极低，限制了微藻的商业化化应用。




而来自清华大学的两个微藻实验室，恰恰可以有效地解决微藻行业的瓶颈问题，并且在微藻领域的贡献得到了世界范围的认可。




“这两个微藻实验室分别是潘俊敏实验室和吴庆余实验室，它们分别拥有最先进的微藻合成生物学技术和微藻工程化规模生产技术，且都在微藻领域深耕了近 30 年。” 肖奕博告诉 DeepTech。




图丨微藻取样（来源：受访者）




潘俊敏教授是清华大学长聘教授、教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年基金获得者，为多个国际期刊编委（包括诺奖获得者谢克曼创立的 eLife ）；吴庆余教授是清华大学长聘教授， 973、863 项目首席科学家、国家杰出青年基金获得者、首届国家高等学校名师奖获得者、国家“百千万人才工程”入选者。




两位教授都是微藻领域的权威专家，主要研究方向分别是莱茵衣藻合成生物学和原始小球藻工业化生产。




基因敲除和改造技术在微藻领域中应用极不成熟，而潘俊敏教授课题组是最早一批可以将其作为常规技术开展的实验室，可谓是微藻研究的“领跑者”。




潘俊敏实验室利用莱茵衣藻研究鞭毛的组装和运动机制， 在 Cell、PNAS、Developmental Cell、eLife 等发表了系列高水平论文，积累了非常成熟的微藻分子技术，并将这些技术整合到微藻合成生物学中。




早在 2006 年，吴余庆实验室就在 Bioresource Technology 发表了世界上第一篇微藻生产生物柴油的科研论文“Biodiesel production from heterotrophic microalgal oil”，被引次数达 941 次。生产生物柴油解决的核心问题之一，就是实现微藻的高密度发酵。




吴余庆教授课题组是最早一批实现微藻高密度培养的课题组，他们使异养微藻的生物量超过了 100g/L（大多自养微藻生物量还不到 1g/L），并且开发了一系列兼性异养、转养工艺，实现了生物量、代谢产物的快速积累和 CO₂ 的高效固定。




图丨肖奕博（来源：受访者）




与微藻投缘，并为微藻事业奋斗至今。之所以做出这样的选择，其实与肖奕博的家庭环境、自身喜好和求学经历密不可分。




肖奕博出生在一个工人家庭，母亲上班时偶尔会带着他。于是，肖奕博从小便有更多机会接触到大型的自动化机械设备。从那时起，工业化生产的基本概念就像种子一样种在他的心田。




本科就读于东北农业大学生物工程专业的肖奕博，凭借优异的成绩被保送清华大学直接攻读博士学位。出于对生物资源的浓厚兴趣，他和吴庆余教授互相选择，从此便与微藻结缘。




在读博期间，每当遇到关于微藻分子生物学方面的困难，肖奕博也会时常去找潘俊敏教授请教，潘俊敏教授也喜欢听他讲关于微藻产业方面的设想，并且一起讨论。




在肖奕博看来，科研有很多维度：高校与研究所、商业公司、政府部门等。在产业化的商业环境下，对自己的想法限制更少、推进项目速度更快，更适合他创造新事物、带来经济价值。




肖奕博表示，与生物医药行业相比，微藻圈很小，这让他有一种特别强烈的使命感。“作为导师的关门弟子，我不必非在高校继承微藻的研究事业，在产业化方向同样可以传承清华精神，并将它做大做强。”




图丨元育生物团队部分成员（来源：受访者）




2020 年末，多年的课题尝试与工作经历后，肖奕博脑海中的产业化想法逐渐成熟。肖奕博创立元育生物，他接过导师手中的 “接力棒”，将微藻产业发扬光大的使命和责任一肩挑之。




而潘俊敏教授、吴余庆教授两位权威专家对元育生物的发展提供了强大的技术支持，一位担任首席科学家，另一位担任首席顾问，恰好对应了上游微藻生物技术和下游规模化生产工艺。




“很荣幸我能与两位教授开展深度合作，邀请他们为微藻产业化贡献智慧力量，利用先进技术，开启微藻产业新时代。” 肖奕博表示。

全球藻类产品千亿市场新赛道逐渐成型

随着微藻生物技术不断地取得突破，微藻正一步步走进人类的生活，其更多价值也渐渐凸显。




除了微藻蛋白，微藻中的单不饱和脂肪酸油酸的含量高于其他植物油，而且发烟点更高，是优质的食用油来源。还有其他高值产物，比如虾青素、β - 胡萝卜素、叶黄素、多糖等。




此外，微藻还是生产多不饱和脂肪酸 DHA 和 EPA 的可持续性生物资源，而深海鱼油中的 DHA 和 EPA 都是通过摄取微藻获得的，藻源 DHA、EPA 对环境更友好、食用更安全。




肖奕博告诉DeepTech，作为光合细胞工厂，微藻具备很多高等植物的天然产物代谢通路或者前体物质，利用合成生物学手段，有望可以合成如紫杉醇、藏红花素、青蒿素等药用化合物，并且可以实现高效、低成本的生产。




他表述，微藻在药物递送、抗菌肽表达、外伤敷料等方向也展现出了巨大潜力，这些创新应用也是元育生物关注的重点。




图丨微藻实验室小试培养（来源：受访者）




虽然前景广阔，但就全球微藻市场而言，微藻产业化发展缓慢，长期的痛点问题亟需解决。同时，市场上严重缺乏高附加值的深加工产品和强竞争力的自主品牌，微藻产业化市场亟待开发。




另一方面，微藻规模化生产方式落后、产能偏低。大部分的微藻养殖方式依旧偏向农业生产，面临着占地面积大、缺乏统一的标准和规则、质量难以保障、市场秩序混乱等问题。




据了解，全球有超过 2000 家企业活跃于微藻生产或加工，而中国只有不到 100 家，全国年产量仅 1.2 万吨 。




其中，80% 都属于螺旋藻，而且绝大部分企业采用开放体系或半封闭系统，占地面积大并且质量无法保证，难以实现大规模工业化生产。




（来源：受访者）




毋庸置疑，功能强大的微藻，与可持续生物资源、大健康、清洁、无过敏原、纯素饮食、碳中和、植物基替代蛋白等诸多领域紧密相连，未来必将吸引资本聚集。




据介绍，2018 年全球藻类产品市场价值 339 亿美元，预计到 2027 年将达到 565 亿美元，崭新的庞大赛道正逐渐成型。




谁抢先入驻这个新赛道，在未来市场竞争中，谁就更有可能获得到更多的话语权。

打造微藻 CDMO 平台，专攻替代蛋白

中国微藻市场由于缺乏资本推动，企业技术更新缓慢，微藻产业发展陷入僵局，亟需有人能够 “站出来” 打破局面。




在肖奕博看来，微藻品质提高较为困难、生产规模很难扩大、成本无法降低、技术更新迭代缓慢。因此，他认为 “小作坊式” 的微藻企业在未来很难存活，而集技术研发与生产工艺为一体的平台则会成为主流。




因此，肖奕博在毕业后迅速发挥自身的行动力，将学术知识与现实产业相结合，并在优秀团队以及先进技术的协助下创立元育生物，打造微藻合成生物 CDMO（Contract Development Manufacture Organization，合同研发生产组织）平台。




“我们在清华积累多年，掌握了很多微藻及其产物的中试生产工艺，并且在设备开发、工厂建设方面有很多可靠的合作伙伴，构建的 CDMO 平台商业壁垒更高。而且随着应用场景的逐步打开，CDMO 平台的爆发性会更强。” 肖奕博表示。




图丨元育生物团队技术讨论（来源：受访者）




据悉，CDMO 平台共拥有 “两大王牌”—— 微藻生物技术平台和模块化柔性生产平台。




微藻生物技术平台侧重上游生物学的开发，主要聚焦藻种选育、合成生物学改造、实验室小试工艺开发等。也开展一些创新产品的研发，比如，微藻动物疫苗、微藻抗菌肽等。




模块化柔性生产平台侧重下游生产，比如，元育生物自主研发的光合异养一体化反应器。




这种反应器既可以培养自养微藻，同时还可以进行异养或兼性异养，加速微藻生物质的积累。反应器的优势非常明显，自主研发不仅成本低，而且可以根据需求快速地进行迭代。




据介绍，元育生物的产品与服务指向食品、保健品、护肤品的方向。肖奕博表示，他们的目标是将微藻从纯野生型藻株生产推向合成生物学理性设计，同时，将微藻的规模生产从农业化推向工业化。




元育生物的 CDMO 平台全程对微藻进行全封闭培养，并对生产过程进行全流程溯源，将污染概率降到最低，从而极大地提高产品质量。




这种高规格的生产方式，有望重新树立市场秩序，进一步推动行业全新变革，从而在未来市场竞争中立于优势地位。