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2025-03-28 22 医药医疗器械行业报告
合成生物学的产物范围突破了局限于原有自然菌种,可以根据市场需求筛选基因、合成基 因获得目标化学物,实现了从无到有的突破;菌种选育时间,产物收率提升都可以快速迭 代提高,高效的筛选使产物从少到多,成本价格快速下降。合成生物学并非传统的生物发酵,其菌种来自在上而下的工程化设计优化的细胞工厂,而非不 可控制的非理性诱变。合成生物学也并非独立于发酵,其最终目标产物也需要经过发酵和分离 才实现产业化,可以说合成生物学是发酵工程整合现代生物技术发展而来。合成生物学以构建细胞工厂为目标,是系统工程的集合,其操控基因涉及代谢路径上的多个基因, 也集合使用了基因测序,基因合成,基因编辑等多项技术。作为一个整合系统,合成生物学集合多项生物的技术的应用,并在工程化思维下,将基因等组件化, 引入计算机系统进行模拟组合,因此我们从基础原理,工具技术,应用策略和应用落地等多维度进 行分析探讨。酶是机体内催化各种代谢反应最主要的催化剂,与化学催化不同, 酶催化在接近中性的常温常 压条件下就可以反应, 催化效率高,同时还具有高度的专一性。
酶催化的优势也是奠定绿色制 造相对于化学合成更具竞争力的基本立足点之一,构建优秀的酶催化反应,在能耗、收率、手 性催化、成本等方面取得领先。新酶的发掘、对酶的结构与功能的认知及酶的改造是合成生物学、生物制造技术的重要科学与 技术基础。对于合成一些非天然的目标产物,关键催化酶的构建就成了构建细胞工厂中最为关 键的一步,直接决定了整个系统工程的成败。酶和蛋白质的三维结构在很大程度上决定了其生物学功能。通过新酶的结构改造期待获得所需 求的催化效果,包括对特定反应底物的识别,对特定位置的催化特定反应,包括能在特定酸碱 稳定环境下的持续发挥作用。通过生物信息技术,新酶的构建和筛选得以快速推进。同时改造 的工业化酶一般有专利保护,拥有系列化的工业酶专利,是构成企业的重要竞争力。合成生物学自代谢工程发展而来,在生物体纷繁复杂的代谢路径中寻找合成目标化合物所需 的步骤,并利用DNA合成、基因测序和编辑等多种综合工具进行路径优化。以合成生物学的经典代表,青蒿素的生物合成为例,以大肠杆菌为细胞工厂,利用甲羟戊酸途径 合成前体,再加上紫穗槐二烯合酶和细胞色素P450单加氧酶催化合成。
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