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“細(xì)胞工廠”高效生產(chǎn)氨基酸衍生物

3周前 來源:央視網(wǎng) 觀看:33

在化妝品原料市場的激烈角逐中,氨基酸衍生物憑借其在抗衰老、保濕、修復(fù)以及美白等方面的卓越功效,成為市場新寵。不過,傳統(tǒng)生產(chǎn)方式存在的諸多弊端,讓它難以充分“施展拳腳”。如今,利用合成生物技術(shù),構(gòu)建“微生物細(xì)胞工廠”,不僅能提高氨基酸衍生物的生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本,還能實(shí)現(xiàn)綠色制造。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院教授謝希賢團(tuán)隊(duì)長期致力于該領(lǐng)域研究,其最新發(fā)表的《氨基酸衍生物在化妝品中的應(yīng)用及其生物合成研究進(jìn)展》一文,系統(tǒng)闡述了合成生物技術(shù)在氨基酸衍生物生產(chǎn)方面的應(yīng)用前景,為化妝品原料生產(chǎn)開辟了新路徑。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《合成生物學(xué)》期刊上。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

堪稱護(hù)膚界的“多面手”0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位,而氨基酸衍生物則是在氨基酸分子基礎(chǔ)上,通過化學(xué)或生物學(xué)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾后得到的化合物。”謝希賢解釋道,這種修飾可能是引入羥基、?;裙倌軋F(tuán),也可能是改變分子結(jié)構(gòu)。“相較于單一氨基酸,氨基酸衍生物的生理活性更豐富,應(yīng)用性能更優(yōu)越,這也是它們能在化妝品領(lǐng)域脫穎而出的關(guān)鍵。”謝希賢說。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

在護(hù)膚功效上,氨基酸衍生物堪稱“多面手”。謝希賢舉例介紹:“作為氨基酸衍生物中的一類,谷氨酸衍生物保濕能力突出,能像小海綿一樣鎖住皮膚水分,是很多保濕面膜、乳液的核心成分;芳香族氨基酸衍生物則自帶抗氧化和抗炎屬性,既能對抗紫外線引起的自由基損傷,延緩皮膚衰老進(jìn)程,又能抑制與黑色素生成相關(guān)酶的活性,助力美白。”此外,部分氨基酸衍生物還能促進(jìn)皮膚角質(zhì)層修復(fù)、增強(qiáng)皮膚屏障功能。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

然而,這樣的優(yōu)質(zhì)原料在合成生物技術(shù)興起前,卻面臨生產(chǎn)瓶頸。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院副教授馬倩介紹,傳統(tǒng)氨基酸衍生物生產(chǎn)方法主要有兩類:一是從天然資源中提取分離,比如從動植物組織中提取分離特定氨基酸衍生物;二是通過化學(xué)合成,利用化工原料在高溫、高壓等嚴(yán)苛條件下反應(yīng)生成。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“這些生產(chǎn)方式存在明顯短板。”馬倩直言,天然提取方法依賴資源量,產(chǎn)量極低且成本高昂,比如某些珍稀氨基酸衍生物,每噸天然原料可能只能提取幾克目標(biāo)物質(zhì),根本無法滿足化妝品生產(chǎn)需求。而化學(xué)合成方法雖能提升產(chǎn)量,但需要消耗大量化石原料,在反應(yīng)過程中還會產(chǎn)生有毒有害的廢水、廢氣,既不環(huán)保,又可能讓產(chǎn)物殘留化學(xué)雜質(zhì)影響化妝品的安全性。更關(guān)鍵的是,通過傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的氨基酸衍生物穩(wěn)定性差,不同批次產(chǎn)品的功效波動大,這讓化妝品企業(yè)在原料選擇上頗為謹(jǐn)慎。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

打造“微生物細(xì)胞工廠”0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“合成生物技術(shù)的出現(xiàn),相當(dāng)于為氨基酸衍生物生產(chǎn)裝上了‘智能引擎’。”謝希賢形象地比喻,其核心是設(shè)計(jì)和構(gòu)建“微生物細(xì)胞工廠”——把微生物改造成微型化工廠,讓它們定向、高效地生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

具體如何操作?謝希賢團(tuán)隊(duì)的研究給出了清晰路徑。首先要“畫圖紙”,即解析目標(biāo)氨基酸衍生物的天然合成路徑,或從頭設(shè)計(jì)更高效的人工合成路徑。“比如我們想生產(chǎn)稀有氨基酸衍生物——麥角硫因,就得弄清楚它在某些真菌中的合成步驟,哪些酶在其中起作用。”謝希賢說。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

接著是“搭工廠”,即利用CRISPR等基因編輯工具,將負(fù)責(zé)催化反應(yīng)的關(guān)鍵基因?qū)氪竽c桿菌、釀酒酵母等底盤微生物中,同時抑制微生物自身消耗原料的旁路代謝,確保微生物“吃”進(jìn)去的營養(yǎng),都盡可能轉(zhuǎn)化成目標(biāo)產(chǎn)物。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

最后是“搞生產(chǎn)”,在發(fā)酵罐中為改造后的微生物提供葡萄糖等廉價碳源,并控制好溫度、pH值等條件,讓它們在溫和環(huán)境中“努力工作”,大量合成目標(biāo)產(chǎn)物。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

相比傳統(tǒng)方法,這種生產(chǎn)方式堪稱具有顛覆性優(yōu)勢。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“效率和成本是最直觀的突破。”謝希賢舉例,團(tuán)隊(duì)曾通過合成生物技術(shù)優(yōu)化麥角硫因的生產(chǎn)路徑,使其發(fā)酵產(chǎn)率從過去的毫克/升級別提升到克/升級別,實(shí)現(xiàn)了量級突破。“這意味著成本大幅下降,原本只能用于高端產(chǎn)品的成分,現(xiàn)在有機(jī)會用于普通產(chǎn)品。”謝希賢說。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

在環(huán)保層面,合成生物技術(shù)更是“綠色標(biāo)桿”。“微生物能夠利用玉米等生物質(zhì)原料進(jìn)行生產(chǎn),不依賴化石資源;反應(yīng)在常溫常壓下即可進(jìn)行,能耗低,且?guī)缀醪划a(chǎn)生污染物。”謝希賢強(qiáng)調(diào),這完全契合化妝品行業(yè)對天然、安全、可持續(xù)的追求。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

此外,生物合成技術(shù)生產(chǎn)氨基酸衍生物,其安全性和純度也更有保障。“傳統(tǒng)以動植物為原料的生產(chǎn)方式,可能因原料本身攜帶病原體,或原料自身含有的特定蛋白質(zhì)等成分,導(dǎo)致最終產(chǎn)品混入這些可能引發(fā)人體感染或過敏反應(yīng)的物質(zhì),而合成生物技術(shù)采用的封閉發(fā)酵系統(tǒng)能從源頭切斷這類風(fēng)險。同時,通過基因調(diào)控還能減少副產(chǎn)物,讓產(chǎn)物純度更高、功效更穩(wěn)定。”謝希賢補(bǔ)充道,更值得期待的是,合成生物技術(shù)還能通過設(shè)計(jì)全新的合成路徑,生產(chǎn)自然界中不存在但功效更優(yōu)異的氨基酸衍生物,為化妝品原料創(chuàng)新打開無限空間。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

規(guī)模化應(yīng)用需突破多重關(guān)卡0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

如今,由合成生物技術(shù)生產(chǎn)的氨基酸衍生物已由實(shí)驗(yàn)室里的樣品加速走向消費(fèi)者的梳妝臺。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“麥角硫因就是典型例子。”謝希賢介紹,這種氨基酸衍生物憑借其超強(qiáng)的抗氧化能力,已成為各大品牌高端抗衰老線的標(biāo)配。“很多產(chǎn)品會特意標(biāo)注‘合成生物來源’,以此凸顯原料的高品質(zhì)和科技感。”謝希賢說。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

重組膠原蛋白則是另一大“明星”產(chǎn)品。與傳統(tǒng)動物源膠原蛋白相比,合成生物技術(shù)生產(chǎn)的重組膠原蛋白與人體序列更匹配,無病毒風(fēng)險,且生物相容性好。“相關(guān)產(chǎn)品上市后迅速占領(lǐng)市場,現(xiàn)在很多醫(yī)美面膜、修復(fù)精華中都含有重組膠原蛋白。”謝希賢說。此外,具有抗敏感性的γ-氨基丁酸、抗逆保濕的四氫嘧啶、長效鎖水的γ-聚谷氨酸等氨基酸衍生物,也已通過合成生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),成為功效型化妝品的常用原料。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“可以說,合成生物技術(shù)驅(qū)動的氨基酸衍生物市場正處于高速增長期。”馬倩指出,但要讓氨基酸衍生物實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模、更低成本的應(yīng)用,還有幾道關(guān)卡需要突破。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

首先是底盤菌株的優(yōu)化難題。“理想的‘細(xì)胞工廠’需要具備代謝路徑清晰、遺傳穩(wěn)定、抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn),但很多天然生產(chǎn)菌株難以進(jìn)行改造,同時常用的大腸桿菌、酵母在表達(dá)復(fù)雜合成路徑時,又容易‘累著’——代謝負(fù)擔(dān)過重會導(dǎo)致其生長變慢、產(chǎn)物減少,甚至因產(chǎn)物毒性死亡。”馬倩坦言,如何讓菌株“更能干、更扛造”,是團(tuán)隊(duì)目前的研究重點(diǎn)。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

其次是關(guān)鍵酶的性能瓶頸。“合成路徑中的酶就像生產(chǎn)線上的工人,但很多天然酶要么‘挑活’——底物特異性太強(qiáng),要么‘效率低’——催化反應(yīng)慢,甚至‘不知道怎么工作’——作用機(jī)制不明。”馬倩解釋,雖然可以通過基因編輯優(yōu)化酶的性能,但要同時提升其活性、穩(wěn)定性和表達(dá)量,難度極大,這是限制產(chǎn)物產(chǎn)量提升的核心障礙之一。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

再次是從實(shí)驗(yàn)室到工廠的“放大效應(yīng)”也不容忽視。“小試時菌株表現(xiàn)很好,但放到幾十噸的大發(fā)酵罐里就可能‘水土不服’。”馬倩舉例,大罐中氧氣、溫度、pH值分布不均,可能導(dǎo)致微生物代謝紊亂。如何優(yōu)化發(fā)酵工藝,讓大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)量和穩(wěn)定性與小試一致,是產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

此外,研發(fā)和純化成本也需控制。“前期菌株研發(fā)要經(jīng)過‘設(shè)計(jì)—構(gòu)建—測試—學(xué)習(xí)’的反復(fù)循環(huán),耗時耗力;發(fā)酵后的產(chǎn)物純化步驟復(fù)雜,成本往往占總成本的一半以上。”馬倩認(rèn)為,未來需要通過自動化設(shè)計(jì)工具縮短研發(fā)周期,開發(fā)更高效的純化技術(shù),才能進(jìn)一步降低成本。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

盡管挑戰(zhàn)重重,但專家們對合成生物技術(shù)在氨基酸衍生物生產(chǎn)方面的應(yīng)用前景仍充滿信心,他們相信隨著基因編輯技術(shù)的進(jìn)步、發(fā)酵工藝的優(yōu)化,這些難題會逐步被攻克。謝希賢和馬倩都認(rèn)為,合成生物技術(shù)不僅會為化妝品行業(yè)提供更多安全高效的原料,更將推動整個美妝產(chǎn)業(yè)向綠色、可持續(xù)方向轉(zhuǎn)型。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“未來,消費(fèi)者用到的每一瓶護(hù)膚品,都可能凝結(jié)著合成生物技術(shù)的智慧,這是科技進(jìn)步對美好生活的助力。”謝希賢表示。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

在化妝品原料市場的激烈角逐中,氨基酸衍生物憑借其在抗衰老、保濕、修復(fù)以及美白等方面的卓越功效,成為市場新寵。不過,傳統(tǒng)生產(chǎn)方式存在的諸多弊端,讓它難以充分“施展拳腳”。如今,利用合成生物技術(shù),構(gòu)建“微生物細(xì)胞工廠”,不僅能提高氨基酸衍生物的生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本,還能實(shí)現(xiàn)綠色制造。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院教授謝希賢團(tuán)隊(duì)長期致力于該領(lǐng)域研究,其最新發(fā)表的《氨基酸衍生物在化妝品中的應(yīng)用及其生物合成研究進(jìn)展》一文,系統(tǒng)闡述了合成生物技術(shù)在氨基酸衍生物生產(chǎn)方面的應(yīng)用前景,為化妝品原料生產(chǎn)開辟了新路徑。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《合成生物學(xué)》期刊上。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

堪稱護(hù)膚界的“多面手”0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位,而氨基酸衍生物則是在氨基酸分子基礎(chǔ)上,通過化學(xué)或生物學(xué)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾后得到的化合物。”謝希賢解釋道,這種修飾可能是引入羥基、?;裙倌軋F(tuán),也可能是改變分子結(jié)構(gòu)。“相較于單一氨基酸,氨基酸衍生物的生理活性更豐富,應(yīng)用性能更優(yōu)越,這也是它們能在化妝品領(lǐng)域脫穎而出的關(guān)鍵。”謝希賢說。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

在護(hù)膚功效上,氨基酸衍生物堪稱“多面手”。謝希賢舉例介紹:“作為氨基酸衍生物中的一類,谷氨酸衍生物保濕能力突出,能像小海綿一樣鎖住皮膚水分,是很多保濕面膜、乳液的核心成分;芳香族氨基酸衍生物則自帶抗氧化和抗炎屬性,既能對抗紫外線引起的自由基損傷,延緩皮膚衰老進(jìn)程,又能抑制與黑色素生成相關(guān)酶的活性,助力美白。”此外,部分氨基酸衍生物還能促進(jìn)皮膚角質(zhì)層修復(fù)、增強(qiáng)皮膚屏障功能。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

然而,這樣的優(yōu)質(zhì)原料在合成生物技術(shù)興起前,卻面臨生產(chǎn)瓶頸。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院副教授馬倩介紹,傳統(tǒng)氨基酸衍生物生產(chǎn)方法主要有兩類:一是從天然資源中提取分離,比如從動植物組織中提取分離特定氨基酸衍生物;二是通過化學(xué)合成,利用化工原料在高溫、高壓等嚴(yán)苛條件下反應(yīng)生成。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“這些生產(chǎn)方式存在明顯短板。”馬倩直言,天然提取方法依賴資源量,產(chǎn)量極低且成本高昂,比如某些珍稀氨基酸衍生物,每噸天然原料可能只能提取幾克目標(biāo)物質(zhì),根本無法滿足化妝品生產(chǎn)需求。而化學(xué)合成方法雖能提升產(chǎn)量,但需要消耗大量化石原料,在反應(yīng)過程中還會產(chǎn)生有毒有害的廢水、廢氣,既不環(huán)保,又可能讓產(chǎn)物殘留化學(xué)雜質(zhì)影響化妝品的安全性。更關(guān)鍵的是,通過傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的氨基酸衍生物穩(wěn)定性差,不同批次產(chǎn)品的功效波動大,這讓化妝品企業(yè)在原料選擇上頗為謹(jǐn)慎。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

打造“微生物細(xì)胞工廠”0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“合成生物技術(shù)的出現(xiàn),相當(dāng)于為氨基酸衍生物生產(chǎn)裝上了‘智能引擎’。”謝希賢形象地比喻,其核心是設(shè)計(jì)和構(gòu)建“微生物細(xì)胞工廠”——把微生物改造成微型化工廠,讓它們定向、高效地生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

具體如何操作?謝希賢團(tuán)隊(duì)的研究給出了清晰路徑。首先要“畫圖紙”,即解析目標(biāo)氨基酸衍生物的天然合成路徑,或從頭設(shè)計(jì)更高效的人工合成路徑。“比如我們想生產(chǎn)稀有氨基酸衍生物——麥角硫因,就得弄清楚它在某些真菌中的合成步驟,哪些酶在其中起作用。”謝希賢說。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

接著是“搭工廠”,即利用CRISPR等基因編輯工具,將負(fù)責(zé)催化反應(yīng)的關(guān)鍵基因?qū)氪竽c桿菌、釀酒酵母等底盤微生物中,同時抑制微生物自身消耗原料的旁路代謝,確保微生物“吃”進(jìn)去的營養(yǎng),都盡可能轉(zhuǎn)化成目標(biāo)產(chǎn)物。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

最后是“搞生產(chǎn)”,在發(fā)酵罐中為改造后的微生物提供葡萄糖等廉價碳源,并控制好溫度、pH值等條件,讓它們在溫和環(huán)境中“努力工作”,大量合成目標(biāo)產(chǎn)物。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

相比傳統(tǒng)方法,這種生產(chǎn)方式堪稱具有顛覆性優(yōu)勢。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“效率和成本是最直觀的突破。”謝希賢舉例,團(tuán)隊(duì)曾通過合成生物技術(shù)優(yōu)化麥角硫因的生產(chǎn)路徑,使其發(fā)酵產(chǎn)率從過去的毫克/升級別提升到克/升級別,實(shí)現(xiàn)了量級突破。“這意味著成本大幅下降,原本只能用于高端產(chǎn)品的成分,現(xiàn)在有機(jī)會用于普通產(chǎn)品。”謝希賢說。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

在環(huán)保層面,合成生物技術(shù)更是“綠色標(biāo)桿”。“微生物能夠利用玉米等生物質(zhì)原料進(jìn)行生產(chǎn),不依賴化石資源;反應(yīng)在常溫常壓下即可進(jìn)行,能耗低,且?guī)缀醪划a(chǎn)生污染物。”謝希賢強(qiáng)調(diào),這完全契合化妝品行業(yè)對天然、安全、可持續(xù)的追求。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

此外,生物合成技術(shù)生產(chǎn)氨基酸衍生物,其安全性和純度也更有保障。“傳統(tǒng)以動植物為原料的生產(chǎn)方式,可能因原料本身攜帶病原體,或原料自身含有的特定蛋白質(zhì)等成分,導(dǎo)致最終產(chǎn)品混入這些可能引發(fā)人體感染或過敏反應(yīng)的物質(zhì),而合成生物技術(shù)采用的封閉發(fā)酵系統(tǒng)能從源頭切斷這類風(fēng)險。同時,通過基因調(diào)控還能減少副產(chǎn)物,讓產(chǎn)物純度更高、功效更穩(wěn)定。”謝希賢補(bǔ)充道,更值得期待的是,合成生物技術(shù)還能通過設(shè)計(jì)全新的合成路徑,生產(chǎn)自然界中不存在但功效更優(yōu)異的氨基酸衍生物,為化妝品原料創(chuàng)新打開無限空間。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

規(guī)?;瘧?yīng)用需突破多重關(guān)卡0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

如今,由合成生物技術(shù)生產(chǎn)的氨基酸衍生物已由實(shí)驗(yàn)室里的樣品加速走向消費(fèi)者的梳妝臺。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“麥角硫因就是典型例子。”謝希賢介紹,這種氨基酸衍生物憑借其超強(qiáng)的抗氧化能力,已成為各大品牌高端抗衰老線的標(biāo)配。“很多產(chǎn)品會特意標(biāo)注‘合成生物來源’,以此凸顯原料的高品質(zhì)和科技感。”謝希賢說。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

重組膠原蛋白則是另一大“明星”產(chǎn)品。與傳統(tǒng)動物源膠原蛋白相比,合成生物技術(shù)生產(chǎn)的重組膠原蛋白與人體序列更匹配,無病毒風(fēng)險,且生物相容性好。“相關(guān)產(chǎn)品上市后迅速占領(lǐng)市場,現(xiàn)在很多醫(yī)美面膜、修復(fù)精華中都含有重組膠原蛋白。”謝希賢說。此外,具有抗敏感性的γ-氨基丁酸、抗逆保濕的四氫嘧啶、長效鎖水的γ-聚谷氨酸等氨基酸衍生物,也已通過合成生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),成為功效型化妝品的常用原料。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“可以說,合成生物技術(shù)驅(qū)動的氨基酸衍生物市場正處于高速增長期。”馬倩指出,但要讓氨基酸衍生物實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模、更低成本的應(yīng)用,還有幾道關(guān)卡需要突破。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

首先是底盤菌株的優(yōu)化難題。“理想的‘細(xì)胞工廠’需要具備代謝路徑清晰、遺傳穩(wěn)定、抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn),但很多天然生產(chǎn)菌株難以進(jìn)行改造,同時常用的大腸桿菌、酵母在表達(dá)復(fù)雜合成路徑時,又容易‘累著’——代謝負(fù)擔(dān)過重會導(dǎo)致其生長變慢、產(chǎn)物減少,甚至因產(chǎn)物毒性死亡。”馬倩坦言,如何讓菌株“更能干、更扛造”,是團(tuán)隊(duì)目前的研究重點(diǎn)。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

其次是關(guān)鍵酶的性能瓶頸。“合成路徑中的酶就像生產(chǎn)線上的工人,但很多天然酶要么‘挑活’——底物特異性太強(qiáng),要么‘效率低’——催化反應(yīng)慢,甚至‘不知道怎么工作’——作用機(jī)制不明。”馬倩解釋,雖然可以通過基因編輯優(yōu)化酶的性能,但要同時提升其活性、穩(wěn)定性和表達(dá)量,難度極大,這是限制產(chǎn)物產(chǎn)量提升的核心障礙之一。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

再次是從實(shí)驗(yàn)室到工廠的“放大效應(yīng)”也不容忽視。“小試時菌株表現(xiàn)很好,但放到幾十噸的大發(fā)酵罐里就可能‘水土不服’。”馬倩舉例,大罐中氧氣、溫度、pH值分布不均,可能導(dǎo)致微生物代謝紊亂。如何優(yōu)化發(fā)酵工藝,讓大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)量和穩(wěn)定性與小試一致,是產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

此外,研發(fā)和純化成本也需控制。“前期菌株研發(fā)要經(jīng)過‘設(shè)計(jì)—構(gòu)建—測試—學(xué)習(xí)’的反復(fù)循環(huán),耗時耗力;發(fā)酵后的產(chǎn)物純化步驟復(fù)雜,成本往往占總成本的一半以上。”馬倩認(rèn)為,未來需要通過自動化設(shè)計(jì)工具縮短研發(fā)周期,開發(fā)更高效的純化技術(shù),才能進(jìn)一步降低成本。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

盡管挑戰(zhàn)重重,但專家們對合成生物技術(shù)在氨基酸衍生物生產(chǎn)方面的應(yīng)用前景仍充滿信心,他們相信隨著基因編輯技術(shù)的進(jìn)步、發(fā)酵工藝的優(yōu)化,這些難題會逐步被攻克。謝希賢和馬倩都認(rèn)為,合成生物技術(shù)不僅會為化妝品行業(yè)提供更多安全高效的原料,更將推動整個美妝產(chǎn)業(yè)向綠色、可持續(xù)方向轉(zhuǎn)型。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“未來,消費(fèi)者用到的每一瓶護(hù)膚品,都可能凝結(jié)著合成生物技術(shù)的智慧,這是科技進(jìn)步對美好生活的助力。”謝希賢表示。0nn即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

本文鏈接:http://jphkf.cn/news-2-3328-0.html“細(xì)胞工廠”高效生產(chǎn)氨基酸衍生物

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