自2021年以来，合成生物学的热度越来越高，行业关注度一再攀升，甚至出现了“合成生物学可造万物”的说法。
一方面，从整个国际形势来说，中国、美国及多个发达国家都开始把合成生物列为重点技术。另一方面，在国家政策的大力倡导下，生物经济、节能减排、双碳目标等政策热词频现，合成生物学以其在稀有材料的合成、传统化石原料的替代上展现出巨大潜力，也迎来了快速发展期。
作为科学界的新生力量，合成生物学进展迅速，已在医美、医药、材料、农业、环境和健康等领域展现出广阔的应用前景。
在医美领域，上游的原料生产十分依赖动植物或化合物，不仅规模化困难，价格昂贵，且存在安全隐患。生物合成的优势便在于高纯度、安全性和同源性，对于解决当下医美领域的原料扩产具有十分现实的意义。一旦在技术与产业化上取得突破，势必会为医美上游带来更多的想象空间。
在众多行业参与者当中，态创生物率先实现从研发到生产全链路技术覆盖，拥有丰富的原料储备和前沿研究经验，目前已经有50多款在库产品，除了小分子肽等多种功效护肤原料，还有诸如重组人源III型胶原蛋白、角鲨烷等创新成分。
其中，重组人源III型胶原蛋白实现了产物高度人源化、结构稳定、纯度高、亲水性强，正处于中试的工艺放大阶段，有望在产量和质量上进一步提升。
重组人源III型胶原蛋白研发获突破，已推至中试阶段
早在1981年，全球第一款牛胶原蛋白植入物Zyderm获批，胶原蛋白应用于医美领域的帷幕就已拉开。然而，胶原蛋白产品获批虽早，商业化进程却很慢。
究其原因，胶原蛋白结构复杂，以往主要通过酸法和酶法从动物结缔组织中提取获得，存在动物源疾病感染风险、异体胶原蛋白免疫排斥或过敏反应、产能限制等问题，限制了其潜在应用和开发。
随着基因工程重组技术的突破，胶原蛋白的发展迎来转机。通过基因重组、细胞工厂构建、发酵和分离纯化技术等技术开发的重组胶原蛋白，可以克服动物源性胶原在免疫原反应方面的痛点，具有更好的生物相容性和安全性。
据态创生物创始人&CEO张志乾介绍，重组人源化胶原蛋白分为很多种，大多数主要在Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型等。其中，Ⅲ型的修复效果最好，但其开发也面临着一定的技术壁垒，其难点在于序列选择和复刻以及准确表达和稳定其三螺旋结构。
态创生物创始人&CEO张志乾
经过前期不断的探索和尝试，态创生物通过选择与进化最适合表达的底盘微生物菌株，利用经优化提升的表达系统可实现对特定序列复刻和准确表达，并且可使胶原蛋白肽链形成三螺旋结构，高度还原了人体的III型胶原蛋白天然构型。
另一方面，胶原蛋白的亲水性和保湿功能是实现其核心功能的关键之一，但市面上III型胶原蛋白在这方面表现普遍一般。态创生物通过对特定羟化酶的选择，在稳定重组人源III型胶原蛋白结构的同时，进一步提高其的羟化程度，以提升其保湿功效。
此外，重组人源III型胶原蛋白目前大多均以短链为主，态创生物也可通过精准设计实现不同长度的短/长链蛋白的合成，并按需调控进行相关表达，以满足不同客户的产品需求。
无论在学术界还是产业端，重组人源III型胶原蛋白的合成均是属于需要不断研发投入的前沿难题，其技术难度大、特别是大规模量产仍旧是行业内的普遍痛点。态创生物对于胶原蛋白合成项目研发过程也可以说是“千锤万凿出深山”，期间遇到过很多棘手的问题。
比如，基因序列重复序列多，合成困难；稀有氨基酸含量多，表达量不高；选择合适羟化酶的表达体系等等。通过不计其数的工程菌株的构建，逐步把难题一一破解，最终获得了最适合表达胶原蛋白的底盘微生物与发酵调控体系。
态创生物III型胶原蛋白研发生产流程
据了解，目前该项目已完成小试阶段的研发，已经获得目标物质——重组人源III型胶原蛋白，其产物高度人源化、结构稳定、纯度高、亲水性强，现阶段正进入中试的工艺放大阶段，有望在产量和质量上进一步提升。
从研发到生产全链路技术覆盖，多物质量产平台持续扩大应用
在向各个领域垂直拓展的过程中，产业化是合成生物学不得不回答的问题。具体来说，有两方面的底层难题需要解决。
首先是规模化量产问题，这要求企业有深厚的底盘技术，以及是否具备快速实现合成生物研发成果的产业转化及市场转化的能力。
基于此，态创生物将自己定义为一家平台型公司，依靠技术路线的构建，打通了从上游的元件库和菌株库，到中游的突变和筛选平台，再到下游的放大工艺的一整套技术路线，能够快速实现物质可合成到物质可量产的整个过程，提高物质合成的产量和效率。
张志乾实验室工作图
其中，公司独创的Tidetron Altra平台型菌株库与元件库，在量产和普适性上取得绝对突破。依靠高通量的筛选平台，筛选通量可达10^9/天，比传统筛选方式（10^（5-6）/天）提速 3-4 个数量级，筛选时间从传统的几年缩短到几个月，实现快速创新和迭代。
同时，态创生物上游链接国内尖端科研团队，运用CRISPR-Cas等多种基因编辑工具与领先的高通量筛选技术，采用微流控与定向进化相结合的方式，通过智能发酵实现绿色量产。自有工厂可提供定制化生产，年产能已超万吨。
比如公司与南京工业大学合作丁二酸项目，利用多物质量产平台基本完成了产品的整个量产过程，且成本可控，与传统的石化基材料成本相比也有竞争优势。
其次，选品问题对合成生物学企业而言也无疑是一项巨大的挑战。对此张志乾表示，此前态创生物选择优先开发附加值比较高，量产规模相对较低的产品，快速完成从生产到量产再到市场的转化。
从这方面来说，护肤领域的门槛相对较低，能快速实现商业化，也成为态创生物的切入口。据介绍，态创生物已率先实现了小分子肽、赤藓糖醇等三十种美容护肤相关原料的落地量产。而从目前市面上看，态创生物也是目前利用合成生物切入医美护肤领域原料最多的公司。
态创生物实验室图
基于前期的探索和积累，态创生物的选品逻辑也发生了变化，主要分两个层面，一是高价值的材料，二是涉及到人们日常生活方方面面的大宗材料，希望能够通过合成生物的方式真正去影响到每一个人的日常生活。
目前，态创生物的产品布局分为四大板块，一是美妆个护领域；二是食品领域，主要为添加剂，比如代糖类，甜味剂或者酸味剂等材料；三是医疗板块，从检测类产品切入，能够快速地替代传统化工材料生产方式，提高检测精准度；四是农业与大宗产品。
“四大板块的营收占比各为四分之一，公司从初期只能依靠美容护肤领域的高价值材料获得收入，已经扩展到包含大宗材料类的相对稳定的收入组合。” 张志乾说。
合成生物风口已至，为医美打开更多想象空间
从整体来看，合成生物学在医美领域已展示出巨大的潜力和广阔的应用前景，或将成为医美行业新的增长极。
目前，态创生物已经完成从肽类技术的探索到美妆个护的应用，下一步将持续深耕医美领域。
“相比美妆个护，医美和医学领域对于产品的功效、安全性、物质纯度以及相关证件的要求会更高。得益于前期积累的三十种美妆个护原料，我们已经建立了一条肽类物质合成生产线，可以用于生产医药中间体等材料，以及深入布局医美领域。” 张志乾说。
在医美领域，态创生物主要关注功效提升和稀有材料的替代。在功效提升方面，传统的化学合成、植物提取、传统发酵等方法更多在物质本身的结构端去进行考量。合成生物则在基因层面进行改造，提升效果更好，效率更高。在稀有材料替代方面，通过合成生物的方式可以使稀有材料的产量和生产方式不再受到地域和物种的限制，也是合成生物的潜力应用方向。
在医疗领域，公司将从原料药和医药中间体的角度切入应用价值和认可度高的医疗细分领域，专注量产和种类的增加。
面向未来，态创生物希望可以通过合成生物学技术改变人类生活的方方面面，把更多的材料从实验室可合成转化到真实的可量产、可商业化，实现合成生物对传统的材料制造的替代。
“我们始终认为，未来是一个以生物制造为主要生产方式的时代。希望态创生物能够成为生物制造时代的中坚力量。” 张志乾说。
