产学研聚焦生物制造关键共性“卡脖子”技术：合成生物可降解塑料迎放量突破窗

21世纪经济报道记者朱萍 武瑛港 实习生 皮光宇 北京报道“未来生物经济的价值将会日益凸显。而在生物经济发展中，创新起着越来越重要的作用，因此连接产业和科研机构是非常重要的一件事。当下我们应该瞄准国家重大战略需求，尽快开展高水平的科研，加快科研成果转化，提升我国生物制造的全球竞争力。希望联盟能够在产学研融合方面加快协同，为中国生物经济发展贡献力量。”在近日举行的“合成生物技术与智能生物制造创新联盟”成立仪式上，中国工程院院士、北京化工大学校长谭天伟指出。

据了解，联盟由8所国内高校和研究院所的16个研究团队与16家合成生物产业链上下游企业联合发起成立，这也是国内首个集产学研为一体、打通合成生物技术研发和智能生物制造的创新联盟。清华大学合成与系统生物学中心主任陈国强教授指出，合成生物是一个多学科交叉领域，需要加快提升生物技术的创新能力，加强原创性、引领性基础研究，促进研究机构和相关企业加强供需协同，释放创新活力，该创新联盟的成立将进一步畅通高校科研院所和企业的深度合作，推动资源的共享和协同创新，促进合成生物学和智能生物制造产业的快速发展。

近年来“合成生物技术”赛道火热，如华熙生物在年报称，将坚定地布局合成生物学赛道；合成生物企业微构工场不久前完成3.59亿元A+轮融资，该企业曾在2022年1月完成2.5亿元A轮融资，2021年7月完成5000万元天使轮融资，三年三轮累计融资额近7亿元。

其中，利用合成生物学技术的PHA生物可降解塑料领域也开始得到越来越多的关注。据了解，PHA是生物可降解材料的一种，是一系列由微生物合成的天然高分子聚合物，能够在有氧和无氧条件下实现生物降解。由于其具有类似塑料的性能，工业上可以采用微生物批量生产这种聚合物，并以此替代传统塑料。目前，PHA被认为是极具前景的生物可降解材料之一，是应对白色污染的利器。

聚焦关键共性“卡脖子”技术

据天津大学化工学院李炳志教授介绍，合成生物学是在工程学思想指导下，对生物系统进行有目标的理性设计、改造甚至重新合成具有非自然功能的生命体，既可以通过设计合成探索生命组成和调控规律，也可以设计和改造人工生物系统以满足社会发展重大需求。

合成生物技术可以用于药物生产、医学诊断和治疗方法开发等，材料化工也是合成生物技术应用较多的领域，合成生物技术通过系统设计和改造实现产品制造生物路线对化学路线的逐步替代，具有更加高效、绿色、低能耗的优势。

不论国际市场还是国内市场，合成生物产业均在快速发展。根据Reportlinker发布的《2022年合成生物学全球市场报告》，截至2021年底，合成生物学全球市场规模为100.7亿美元，预计2022年将以30.2%的年增速增至131.1亿美元。

《“十四五”生物经济发展规划》提出，要加快推进生物科技创新和产业化应用，重点发展生物医药、生物育种、生物材料、生物能源等领域，做大做强生物经济。力争到2025年，我国生物经济总量达到22万亿元。其中合成生物学和生物制造作为生物经济的重要底层技术，将发挥关键性的推动作用。

合成生物学在我国虽起步较晚，但发展迅速。据弗若斯特沙利文报告数据，2021年中国合成生物学市场规模约为64.16亿美元，较2020年增长39.38亿美元。

另外据国际顶尖的合成生物学“社区”SynBioBeta统计，2018-2022年中国合成生物学一级市场共完成1039个投融资事件。科创大数据分析平台睿兽分析的数据显示，2021年至今，国内已有92家合成生物学赛道公司获得融资，融资总额达289.78亿元。

随着今年2月微构工场完成3.59亿元A+轮融资，利用合成生物学的PHA市场关注度开始增加，而且值得注意的是，2022年11月，义翘神州曾发布公告称出资5000万元认购微构工场2.55%股权，关联方拉萨爱力克投资咨询有限公司出资4500万元认购微构工场2.3%股权，合计收购该公司4.85%股权。

此次创新联盟的成立也是为了集聚合成生物学与智能生物制造领域产学研用优势资源，面向医疗医药、化学品、生物材料、生物能源、农业和食品等领域，聚焦关键共性“卡脖子”技术，瞄准重大需求，聚焦高精尖合成生物学领域，以实现关键核心技术突破,研发具有先发优势的关键技术、引领未来发展的基础前沿技术，以提升产业链供应链安全为目标，以推动产业协同创新、产出重大科技成果、创制高价值专利和技术标准为任务，组织开展协同攻关。最终推动合成生物学与智能生物制造产业升级，实现生物经济高质量发展。

据了解，其首批次重点攻关的内容包括:开发新型数字化、智能化细胞工厂；开发经典细胞工厂高效高产化编辑改造技术；构建非粮原料基础代谢模型，建立新型原料生物制造技术路线；开发RNA工艺路径使用的关键酶；搭建全细胞生物催化制备特种化学品和手性医药中间体平台；搭建RNA药物设计平台；建立代谢分子动态监测技术平台；打造微反应器连续化生物催化新工艺；打造基于人工智能的发酵过程控制技术；探索产学研深度融合发展新范式；探索加快成果转化应用的新机制；搭建企业交流互助资源共享平台；搭建产业链上下游协同发展平台；探索促进生物制造产业快速发展的新路径。

陈国强教授也指出，合成生物是一个多学科交叉领域，需要加快提升生物技术的创新能力，加强原创性、引领性基础研究，促进研究机构和相关企业加强供需协同，释放创新活力。相信创新联盟的成立，将进一步畅通高校科研院所和企业的深度合作，推动资源的共享和协同创新，促进合成生物学和智能生物制造产业的快速发展。

600亿市场规模量产系竞争关键

在合成生物市场中，利用合成生物学技术的PHA生物可降解塑料领域也开始得到越来越多的关注。

据了解，PHA是生物可降解材料的一种，是一系列由微生物合成的天然高分子聚合物，能够在有氧和无氧条件下实现生物降解。由于其具有类似塑料的性能，工业上可以采用微生物批量生产这种聚合物，并以此替代传统塑料。目前，PHA被认为是极具前景的生物可降解材料之一，是应对白色污染的利器。

根据普华永道发布的《PHA生物可降解塑料产业白皮书》，PHA优秀的降解与物理性能、日渐成熟的生产技术，不断扩大的市场规模等，都为PHA的成长提供强劲的驱动力，使其成为最具成长潜力的生物可降解材料。预计在未来3-5年内，PHA市场规模将达到629亿人民币，主要市场集中在不便于回收的强需求场景，如一次性包装材料、一次性餐饮具等。

而碳中和、能源转型以及环保领域的各项政策，或许是这一市场蓬勃发展的重要因素。

山西证券研报分析，随着国内外政策逐步出台、落地，生物可降解塑料前景广阔。据梳理，近年来，我国塑料污染治理顶层设计不断完善，2020年1月19日，根据国家发展改革委、生态环境部发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，按照2020年、2022年、2025年三个时间段，分步骤、分领域，积极稳妥推进塑料污染治理整体工作，在部分地区、部分领域禁止或限制部分塑料制品生产、销售和使用。

在相关政策的推动下，可降解塑料替代率快速上升，市场需求量呈快速增长趋势。目前国内的PLA、PBAT已经规模化生产和应用，并且还有大批生产线正在建设或计划建设中，PHA、PCL、PPC等生物降解塑料的产能、应用量和应用领域也在不断扩大。

微构工场董事长徐绚明向21世纪经济报道介绍，PHA与传统塑料不同之处在于其属于全生物基，有很好的可降解性。“传统的塑料如聚乙烯的渔线在海洋里面可能需要上百年降解，但同样的PHA制品如PHA袋子、矿泉水瓶，大概只需三个月到三年的时间。”未来PHA材料有望应用在高附加值领域，如医疗手术缝线、人工心脏瓣膜、人工骨钉、人体缓释微球等。

徐绚明表示，其实合成生物整体竞争壁垒较高，例如菌株的提取、开发和优化，需要数百个博士生的研究团队花费10年以上时间，最终才能完成对应体系的建立。“自然环境中微生物差别非常大，每一个底盘细胞可能都需要有一套对应的体系，同时优化菌株性能、开发合成生物学调控工具、优化产品代谢通路、调控代谢网络等，都需要花费大量时间精力，一步步累积和推进。”

除了存在较高技术壁垒，从同业竞争情况来看，上述白皮书还显示，从现在起到2027年，是PHA行业领先企业发展自身技术、实现规模量产，扩大与竞争对手差距的重要窗口期。

此情况下，领先企业应重点构建四项竞争力，包括通过菌株研发工艺优化，提高原料利用率、降低生产成本等；具备资金优势和组织能力，快速大规模扩产；完成产业链向上游的延伸；以及拓展PHA下游应用，探索材料的多样性。

值得关注的是，规模量产似乎是PHA领域竞争的关键问题。目前由于PHA发展阶段较短，PHA行业处于产业化初期，供给量有限，因此价格相比PLA、PBAT较高。如果未来能通过大规模制造来降低成本，令普及率变高，将对于解决白色污染起到很大的推动作用。

据陈国强分析，在学术界，很多突破是在上游，例如菌种设计和筛选，而对于发酵工艺环节没有获得足够重视。不管终端产品是化工品、药物、还是护肤品，最终都需要通过发酵来大规模制造，这就导致在大规模制造的过程中会遇到工艺放大的问题。对于产业界来说，能否量产则决定“生死”。

作为生物基材料，PHA的制造过程和化工材料的制造过程截然不同。在化工工艺流程中，没有无菌操作的概念，而无菌恰恰是生物合成最重要的生产条件，没有无菌的操作环境，生物合成无从谈起。

以往业界常用大肠杆菌、罗氏杆菌、芽孢杆菌等容易操作的底盘菌去制造PHA，但在工艺放大的过程中，往往会遇到染菌问题，污染整个体系，导致PHA转化效率下降，甚至几百吨发酵液成为废水。

基于这样苛刻的生产要求，实现PHA的工业大规模量产就必须要解决制造过程中绝对无菌这一难题，可以通过引入部分具有强大生命力的菌类来有效降低生产成本。微构工场则是利用嗜盐菌代替传统底盘细胞，可以在大规模发酵时不染菌，保证PHA的转化效率，目前已经实现千吨PHA量产，并计划建设3万吨PHA产线。规模化生产问题一旦得到解决，PHA将拥有广阔的应用前景。