趣酶生物：工程化将带来合成生物学的产业化“黎明”

2017年，南京趣酶生物科技有限公司（后简称“趣酶生物”）从酶催化生产大宗工业品起步，积累了丰富的工程化及产品生产落地经验。2017年起，趣酶生物进入合成生物学领域，尝试将酶串联起来，放在活的生物细胞内进行工艺开发。具体而言，趣酶生物为工业客户提供“天然”生物基产品，领域涉及食品、材料、农药、能源、生物医药等的产品原料。自研工艺采用植物基原料（如淀粉、葡萄糖）、生物质原料（如玉米秸秆、稻秆、麦秆）等，使工艺符合“碳中和”“绿色化工”的要求，打造可持续发展路线。

采访到趣酶生物创始人兼CEO林涛博士。走过7年创业路，趣酶生物如何用创新与工程化交出生物基在当下的全新答卷？2024年投产的千吨级工厂又将带来哪些突破？

据Mckinscy统计，生物制造可以覆盖70%化学制造的产品，预计在2025年，合成生物学与生物制造的经济影响将达到1000亿美元。BCC Research数据也指出，合成生物学领域在2017—2022年的复合年增长率达到26%。随着基因编程、合成、测序等技术逐步成熟，合成生物学将会为众多行业带来创新技术和前景，如生物医学、生物能源、生物农业。

但处在蓬勃发育阶段的生物制造行业仍存在着两个难点：选品难和量产难。具体到企业研发生产实际中，可以总结为2个问题：一是相比于传统化工产品，合成生物学到底有何竞争优势，是否满足降本增效的替代逻辑？二是企业自身能否在这一产品领域形成完整闭环，是否能够避免同质化竞争？

林涛提到，合成生物学产业还处于早期，法规政策、市场认知不成熟，但产品面对的竞争对手却是经上百年发展的化学制造和天然提取技术。“合成生物学的实际应用中，我们常常发现辛苦数年开发一个产品，市场规模却很小，甚至入不敷出。一方面，产品研发与市场需求存在供需信息差。能占据大规模市场的爆品少之又少，而大部分采用合成生物学技术开发的难度较大，开发周期较长，可能需要十几年才能步入成熟生产。另一方面，一款创新生物基产品从小试到生产的放大过程极其艰难，常常一到生产就出问题。这提示我们，创新和速度很重要，工程化和产业化则更是合成生物学的结果导向。”

趣酶生物采用了“分子砌块”这一创新方式来解决选品难的问题。分子砌块，原指用于设计和构建活性物质的小分子化合物，广泛应用于药物发现、材料科学等领域中。分子砌块作为高级中间体，研发中可以快速地通过一级或二级反应获得新化合物，构成化合物库，组合新产品的发现筛选。

趣酶生物在生物基创新方向上延伸了这一概念，关键在于发挥“分子砌块”模式下结构多样性、功能多样性、研发可控/可修饰/可重复性的特点。这一方式将通过合并多个产品研发线以快速拓展市场价值，同时将关联产品的联同开发，降低研发难度和成本，增加量产的成功率。林涛谈到，“围绕分子砌块为核心的丰富产品管线，可以解决市场对天然产品替代化学产品的迫切需求，同时也将扩宽合成生物学领域的空白产品市场。这两个市场都将增长快速。”

要想搭建起砌块分子产品管线，趣酶生物首先实现了丰富的底层建库。基于与中国科学院天津工业生物技术研究所的战略合作，趣酶生物拥有含多种模式菌种的底盘细胞库。同时，趣酶团队自主开发超2000个品种酶库，并不断衍生出具有强专利壁垒的酶元件，建立了自主知识产权的酶元件库，配合酶组合库、底盘细胞库，组成高收率的工程菌技术平台，形成差异化打法。

此外，趣酶生物自主研发了“盖娅”AI算法平台，助力工艺开发及优化。基于工厂采集的数据和算法模型，此平台可实现对实验结果的预测和优化，极大地克服了将实验室数据应用到生产放大阶段中的重复性缺点。

林涛认为，工程化能够让企业迈过合成生物学产业化的“死亡谷”——量产难。其困难原因在于：从实验室的试验数据到工厂放大工艺数据很多部分无法重复；且在工厂测试的成本较高，时间较长，使工厂实验阶段的难度大大增加；实际量产中，工厂对于工艺、设备、人员之间的配合程度要求高，有一点不匹配常会造成试验生产失败。

搭建起专有酶库后，趣酶生物打造了全球独创的领先技术路线和系统化的工程技术平台，并通过自主研发的AI系统加速研发进程。趣酶团队将产品研发分成三个阶段实现攻关：一是关键路径的构建；二是工艺的优化；三是放大测试。

第1阶段，主要研发内容为根据目前底盘细胞已有的生物合成途径，确认合成产品需要改造、优化哪些现有的生物合成途径，需要建立哪些全新的、不存在于自然界的合成途径。这部分工作包括路线设计、关键酶及菌种的设计/检测、关键路线的优化/验证。趣酶团队在改造优化现有的生物合成途径时，采用高效的半合理及计算机设计酶的技术，能够快速、成功地完成酶的序列开发，解决酶开发的瓶颈问题，获得性能提高的酶来源。

简而言之，趣酶团队能够创新性地设计出自然界中不存在的一些反应途径，从而能获得一些高效、简单、反应步数减少的合成途径，为收率提高、速度加快、成本降低提供突破性成果。

“这些针对合成路径的技术创新来源于团队多年在酶工程技术的积累、产品研发上专注而精深的沉淀。”2017年，趣酶生物仅花费9个月完成了首款产品——没食子酸第一代的技术攻关，将没食子酸的行业产品限度提升16倍。至今已完成没食子酸第二代合成技术的突破，将产品限度进一步提高。

2019年，趣酶生物完成了为国际化工巨头进行的塑料降解技术方案开发项目。此方案包括对预处理技术、酶新途径重建技术和酶定向改造技术的创新，仅用3个月就完成了整个途径构建及小试验证工作，使树脂发生了50%以上重量的降解。最终达成了国际领先性技术突破，完成新技术转让，并申请了国际专利。

第2阶段，主要研发内容为根据已设计的生物合成途径，进行实验优化，保证在实验室可以实现优化结果。主要工作包含菌种优化和发酵工艺开发、催化工艺的构建及优化、提取工艺的构建及优化。其中菌种优化和发酵、提取的工艺都是产品是否能获得，成本能否做到生产要求的核心环节。趣酶团队全球独创开发的反应分离耦合技术和生物质利用技术，以高效集成技术组合，带来生产成本和发酵时间的显著降低，适用于多款产品，可使发酵获得产品浓度及收率做到远高于行业水平。

另外，基于超10年产业化积累和6年专注研发，趣酶团队建立了独有的生物质和后分离产业化技术、后提取工艺。相比传统技术，独创技术步骤少，工艺简单，收率高，且可采用低廉易得的生物质原料，降低生产成本。如应用葡萄糖原料，以葡萄糖生物发酵工艺，开发芳香族下游产品。

第1.2阶段技术创新结合下，趣酶生物大幅提升了产品开发与量产化推进的速度。2021年趣酶生物在芳香族产品线开发上走向成熟，开发了数个产品。其中包括6个月内完成了芳香族第2个产品——原儿茶酸的中试，提供原料获得认可。同年，趣酶生物与国际巨头在生物丙烷上建立合作。

第3阶段放大阶段，依托具有多个万吨级产品研发成功经历的工程师团队，趣酶生物用工业化经验辅助实验室数据，转化成工业化放大的数据参考。结合“盖娅”AI算法平台，研发团队采用计算机运算及验证，可以缩短测试时间，提高成功率，从而降低测试成本。且“盖娅”平台可以多次地模拟人、工艺与设备之间的衔接，从而优化工业量产阶段的重要协同环节。

同时，产能建设也成为趣酶生物在第3阶段的主要目标。2023年完成A轮融资后，趣酶生物高效能、低成本的新生产基地落户安徽滁州，于2024年6月完成工厂建设，产线产能1000吨。目前工厂处于试生产阶段，已完成百公斤级的没食子酸生产。通过近阶段的工艺优化，没食子酸产品成本下降了50%以上。与此同时，上海研发基地也进行扩建，产品管线从芳香族产品延伸到了氨基酸产品（精氨酸及其衍生物）等五条产品管线。

林涛提到，合成生物学作为生物工程在技术创新上的一个新兴技术，其快速发展只有20多年，虽然有大量的技术产生变革，但工程化方向的技术仍然在黎明前的黑暗中摸索。目前，合成生物学正在突破从实验室到工厂放大的跨越，工厂设备硬件设施的革新和工厂工艺数据的迭代将成为两个重要方向。趣酶生物整合了现有团队丰富的工程化经验，建立起完整的工业技术体系，结合人工智能与数据处理创新技术，将工业制造发展为工业“智”造。

目前，趣酶生物拥有一支合成生物学领域稀缺的工程化团队，规模已经超过60人，本、硕、博占比近60%。“我们的价值观是包容、坚韧、探索、卓越，成员具有追求卓越的精神，以工匠的心态来打磨产品。”创始人兼CTO林涛博士师从合成生物学泰斗欧阳平凯院士，具有20多年合成生物学和生物制造的工作经验，开拓了多项行业技术空白，并推动多个产业化项目落地，曾就职于多家生物工程行业巨头公司。生产负责人王树俊，具有30多年合成生物学产业化经验及工厂建设经验，已带领团队完成安徽滁州一期工厂建设。

除了自研－自产－自销的主营业务模式外，趣酶生物也在探索合成生物学产业链的更多可能。2018年上海仁酶生物科技有限公司成立。作为趣酶生物研发方向的全资子公司，上海仁酶可以为客户提供合成生物学的新技术开发、技术转让等服务。更广泛的合作端，趣酶生物正在与10+家潜在客户进行合作生产洽谈，探索通过技术入股、共建合作工厂的方式实现协作。

下一步，趣酶生物计划通过募集资金，完成没食子酸、香兰素、精氨酸的产能扩大，达到接近万吨级规模，并进一步扩展从秸秆糖生产及研发新的底盘细胞研发工作。与此同时，研发团队将继续探索创新技术的应用，为客户提供更环保，更安全，可持续的，有市场竞争力的生物基产品。