不到半年，紅杉領(lǐng)投的創(chuàng )新性合成生物學(xué)公司取得多項關(guān)鍵突破！PHA開(kāi)放發(fā)酵工藝年產(chǎn)量可超萬(wàn)噸

成立至今即將滿(mǎn)一周年，微構工場(chǎng)最近在產(chǎn)品、技術(shù)、市場(chǎng)等方面有哪些突破性的進(jìn)展？在“紅杉系”資本的支持下，未來(lái)可降解塑料 PHA 又有哪些亮點(diǎn)值得業(yè)界期待？

據悉，微構工場(chǎng)作為 “下一代工業(yè)生物技術(shù)” 的生物制造初創(chuàng )企業(yè)，現在已經(jīng)完成了全球最大的 PHA 生產(chǎn)罐體工藝開(kāi)發(fā)，且具備建立年產(chǎn)萬(wàn)噸級及以上 PHA 生產(chǎn)基地建設的實(shí)力。基于綠色節能的新型底盤(pán)細胞系列，微構工場(chǎng)也在不同產(chǎn)品的合成制造上進(jìn)行了拓展。目前，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了合成淀粉酶、糖化酶、3-羥基丙酸、戊二胺、氨基酸、戊二酸等化工原料的生產(chǎn)菌株，這為 “下一代工業(yè)生物技術(shù)” 低成本生產(chǎn)平臺增加了更多的產(chǎn)品。

同時(shí)，微構工場(chǎng)也在深入推進(jìn)與下游合作伙伴在終端應用場(chǎng)景上的開(kāi)拓。在 PHA 行業(yè)的價(jià)值鏈中，從上游發(fā)酵所得到的 PHA 粉料，到中間改性所得到的 PHA 粒料，再到下游加工所得到的 PHA 終端產(chǎn)品，每個(gè)部分都有其技術(shù)的壁壘。

該公司所搭建的 PHA 粒料的定制化合成平臺，進(jìn)一步豐富了 PHA 的終端應用場(chǎng)景和提升了企業(yè)的競爭優(yōu)勢，已經(jīng)與國內外用戶(hù)建立了應用測試關(guān)系。

微構工場(chǎng)的創(chuàng )始人兼首席科學(xué)家陳國強教授曾表示：“微構工場(chǎng)有著(zhù)三大目標，分別是：全球最大的 PHA 生產(chǎn)商、全球做 PHA 不同結構產(chǎn)品最多的企業(yè)、做質(zhì)量最好（純度、分子量等最好）的 PHA 的企業(yè)?！?br />

這一宏大愿景如何一步一步實(shí)現呢？接下來(lái)我們從細微的顆粒度上進(jìn)一步了解。

對 PHA 生產(chǎn)方案迭代升級，滿(mǎn)足下游市場(chǎng)不同需求及場(chǎng)景

PHA 是個(gè)有上百種細分材料的大家族。各個(gè)細分材料由于單體鏈長(cháng)、側鏈結構、單體種類(lèi)不同，在性能上具有顯著(zhù)的差異，因此下游應用十分廣泛。據了解，PHA 的應用場(chǎng)景涵蓋了從高端醫療應用，到中端食品包裝材料和生物基纖維，再到低端快遞包裝和農用地膜等領(lǐng)域。

陳國強教授從博士時(shí)期便開(kāi)始做 PHA 相關(guān)研究，30 余年的經(jīng)驗積累使他對合成生物技術(shù)以及 PHA 的工藝都非常熟悉，并且也申請了一系列的專(zhuān)利，這正是公司核心之所在。依托陳國強團隊開(kāi)發(fā)的低碳環(huán)保 “下一代工業(yè)生物技術(shù)” 體系，微構工場(chǎng)可以合成 30 余種不同性能的 PHA 材料，以滿(mǎn)足不同應用的需求。

目前，該公司從生產(chǎn)菌株、PHA 材料和生產(chǎn)工藝三個(gè)維度，對 PHA 生產(chǎn)方案進(jìn)行了升級。

第一，該公司所研究的菌株主要經(jīng)歷了，從嚴格高溫高壓滅菌處理的不耐受污染菌株到可以開(kāi)放發(fā)酵、連續培養的抗雜菌菌株的迭代。該過(guò)程前期依托清華大學(xué)技術(shù)團隊用了 10 余年時(shí)間來(lái)實(shí)現，構建了 15 代具有不同性能的生產(chǎn)菌株，如開(kāi)放培養、生長(cháng)快速、能利用多種廉價(jià)底物、無(wú)需滅菌、底物易提取等。

目前，圍繞基礎菌株的合成生物學(xué)技術(shù)體系已經(jīng)越來(lái)越完善，新菌株的開(kāi)發(fā)效率以倍速提高，競爭力大幅提高。

第二，該團隊已經(jīng)掌握了最新一代 P34HB 的大規模生產(chǎn)工藝，開(kāi)發(fā)了單體比例控制方法和以葡萄糖、甘油、餐廚處理物等為單一碳源生產(chǎn)的新技術(shù)，使綜合生產(chǎn)成本下降了 50% 以上。

此外，他們還率先開(kāi)發(fā)了由三種單體聚合形成的第五代 PHA 材料。這一新材料除了具有相比前幾代材料更加優(yōu)良的力學(xué)性能，還具備了較好的透明性，使得 PHA 在部分需要透明塑料的領(lǐng)域也擁有大規模替代的潛力。

第三，基于性能優(yōu)異的底盤(pán)細胞，發(fā)酵工藝和提取工藝得到大幅簡(jiǎn)化，進(jìn)一步推動(dòng)了生產(chǎn)周期的縮短和底物轉化率的提高。該團隊最新的提取工藝已經(jīng)可以完全在水相中完成，更加簡(jiǎn)潔環(huán)保。這些工藝上的優(yōu)化進(jìn)一步使綜合成本降低 30% 以上。

微構工場(chǎng)聯(lián)合創(chuàng )始人蘭宇軒表示：“我們在完成天使輪融資后，一方面，加緊建設第一條年產(chǎn)千噸 PHA 智能示范線(xiàn)；另一方面，搭建了項目執行團隊以快速拓展下游眾多的應用場(chǎng)景。

他補充說(shuō)道：“我們目前已經(jīng)和包括食品、汽車(chē)、紡織、護膚品等行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)建立了合作，并共同推動(dòng)下游終端產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)?，F在，已有數批產(chǎn)品完成了交付并取得收入，實(shí)現了一定的造血能力?！?/span>

在生產(chǎn)方面，該公司的經(jīng)營(yíng)團隊側重對于整體工廠(chǎng)建設和工藝的把控，而科研團隊則著(zhù)重開(kāi)發(fā)新菌株并優(yōu)化穩定反應體系。

在下游合作方面，經(jīng)營(yíng)團隊側重于確定市場(chǎng)方向與尋找合作伙伴，科研團隊則圍繞具體的合作內容展開(kāi)研究。

另?yè)?，該公司目前已?jīng)招募了一批在行業(yè)內非常有經(jīng)驗的工程師，平均工作年限在 10 年以上，極大地推動(dòng)了該公司的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

全方位構建核心壁壘，加深公司在 PHA 領(lǐng)域的護城河

成立不到半年，微構工場(chǎng)為何能夠在后疫情時(shí)代逆勢獲得由紅杉種子基金領(lǐng)投的 5000 萬(wàn)元天使輪融資？

作為一家創(chuàng )新性合成生物學(xué)公司，新技術(shù)的持續開(kāi)發(fā)和應用是推動(dòng)公司創(chuàng )新發(fā)展的源動(dòng)力，而新技術(shù)的載體主要是專(zhuān)利。

該公司從成立之初就非常重視專(zhuān)利的布局工作。公司在開(kāi)發(fā)自有專(zhuān)利的同時(shí)，也與外界著(zhù)名研究機構合作，聯(lián)合開(kāi)發(fā)其他專(zhuān)利。

據悉，微構工場(chǎng)已經(jīng)與清華大學(xué)、華南理工大學(xué)等著(zhù)名高校簽訂了技術(shù)委托開(kāi)發(fā)協(xié)議，在新菌株優(yōu)化領(lǐng)域進(jìn)行深度合作。通過(guò)與清華大學(xué)的全方位合作獲得了 22 項相關(guān)技術(shù)專(zhuān)利的排他許可使用權，同時(shí)與清華大學(xué)、華南理工大學(xué)聯(lián)合申請專(zhuān)利4項，公司單獨獲批專(zhuān)利 5 項。通過(guò)自主研發(fā)和委托開(kāi)發(fā)兩種途徑，該公司已經(jīng)搭建起一條成熟的專(zhuān)利體系。

除此之外，該公司還基于 PHA 價(jià)值鏈全方位構建核心壁壘。從 PHA 生產(chǎn)的菌株開(kāi)始，該團隊就選擇了采用自主研發(fā)的鹽單胞菌作為底盤(pán)細菌，首次實(shí)現了 PHA 發(fā)酵過(guò)程中無(wú)需滅菌，將綜合成本降低 30% 以上。

此外，對于這一新的底盤(pán)細菌，該團隊還開(kāi)發(fā)了一系列獨有的基因編輯工具和代謝元件。例如，通過(guò)添加血紅蛋白的表達基因以提升底盤(pán)細菌的氧氣利用率、修改細胞骨架去表達更大的 PHA 顆粒以提升純化效率、調整分裂周期和形式以促進(jìn)細菌的快速增殖等，使其更加適應工業(yè)生產(chǎn)。

該團隊還不斷向下游延伸，從造粒走向終端應用場(chǎng)景，進(jìn)而在整條價(jià)值鏈上進(jìn)行完善的布局。

克服材料的 “成本” 難題，在 PHA 及相關(guān)領(lǐng)域深度布局

PHA 是一種在自然環(huán)境下可以快速降解的生物材料，常見(jiàn)的膜袋、水瓶、餐具等在海洋、土壤、河流中 3 個(gè)月到 6 年即可完全降解。PHA 的降解產(chǎn)物對人體和環(huán)境無(wú)害，PHA 材料種類(lèi)多樣、性能各異，是全面替代傳統石化塑料的最佳材料，未來(lái)的應用前景廣闊。

然而，PHA 材料在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中卻面臨一定的難題，其中最大挑戰是 “成本”，這也是所有 PHA 企業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)。針對以上問(wèn)題，該公司主要從三方面進(jìn)行優(yōu)化調整：

一是不斷提高菌株性能。利用合成生物學(xué)技術(shù)優(yōu)化菌株的代謝路徑，提高酶促反應效率、底物轉化率、產(chǎn)物產(chǎn)量、菌株生長(cháng)速度和穩定性，并降低產(chǎn)物提取難度；

二是開(kāi)拓廉價(jià)底物途徑。結合微構底盤(pán)細胞不需要滅菌的優(yōu)勢，該公司開(kāi)發(fā)了來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的新底物，包括餐廚垃圾處理物、活性污泥處理物、農用秸稈糖等。這些新底物的應用將使 PHA 成本進(jìn)一步下降 30% 以上。

三是優(yōu)化整體工藝運行效率。通過(guò)模型推算和實(shí)踐，該公司建立了從細胞培養到分離提取的全流程優(yōu)化方案，使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程在最佳條件下運行，達到節能降耗的目的。

與石油等不可循環(huán)的碳源傳統塑料相比，PHA 最大的優(yōu)勢是，其生產(chǎn)底物都是可以循環(huán)的碳源（例如淀粉糖、餐廚垃圾處理物、秸稈水解糖等）。并且，PHA 的整個(gè)聚合過(guò)程是生物聚合而非化學(xué)聚合，顯著(zhù)地減少了生產(chǎn)過(guò)程的碳排放，這對響應“碳中和”“碳達峰”具有非常重要的意義。

值得關(guān)注的是，該團隊還將以往發(fā)酵過(guò)程中的能耗大戶(hù)用高溫高壓滅菌去除，綜合能耗比以往的 PHA 生產(chǎn)進(jìn)一步降低 50% 以上，最大程度減少了碳足跡。

目前，該團隊正在和測量碳排放的第三方權威機構進(jìn)行溝通，準備在第一個(gè)示范線(xiàn)運行后進(jìn)行 LCA 生命周期評價(jià)，更準確、科學(xué)地評估整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程對于環(huán)境的影響，并進(jìn)行不斷優(yōu)化和改善。

在創(chuàng )投資金的支持下，針對 PHA 產(chǎn)業(yè)化模式，該團隊制定了詳細的規劃。蘭宇軒表示：“ 作為一種新產(chǎn)品，客戶(hù)的需求和接受需要一定的時(shí)間，我們將采用逐步擴大、穩步推進(jìn)的模式進(jìn)行市場(chǎng)布局?！?/span>