江南大學生物制造技術降本透明質酸

李莉

近日，江南大學生物制造創新團隊將透明質酸成本降到每公斤幾百元的消息，為火熱的合成生物概念股再添一把火。在今年五四青年節，江南大學未來食品科學中心合成生物創新團隊榮獲第十九屆“江蘇五四青年獎章”，該團隊利用合成生物學技術，借助微生物發酵生產普通分子量的透明質酸，把成本降到每公斤幾百元，實現了透明質酸大產量推廣應用。

江南大學合成生物的研究成果不僅展現了合成生物學的無限魅力，更為全球透明質酸市場帶來了翻天覆地的變化。該技術團隊通過對微生物進行精準的基因工程改造，使其化身為高效的“細胞工廠”，持續不斷地輸出高質量的透明質酸。這種人工設計的生物系統，不僅顯著提高了生產效率，更是在成本效益上實現了質的飛躍。對于行業而言，這意味著透明質酸能夠以更低的成本被廣泛應用到醫藥制品、美容化妝品，甚至是食品加工中，大大減輕了對傳統動植物資源的依賴，為這些行業開辟了全新的原料供應途徑。

江南大學先進技術研究院副院長、未來食品科學中心合成生物創新團隊成員康振教授表示，江南大學通過生物技術生產出來的透明質酸（玻尿酸）屬于化妝品、醫藥等領域廣泛使用的生物活性原料，生產的透明質酸分子量可以做到精準控制。相關的技術歷經十幾年的開發，在2019年取得了里程碑式的進展，透明質酸的發酵水平獲得突破，發酵成本降低至幾百元每公斤，而后又經歷了技術推廣，技術評估和繼續發展更新。

“我國作為透明質酸生產大國，相關產業面臨的問題包括分子量種類單一、控制難度大、發酵水平受限、產率低等。”康振表示，“針對這些問題，研究團隊取得了兩項關鍵成果：一是采用合成生物學技術成功構建了高效合成透明質酸的谷氨酸棒桿菌細胞工廠，將透明質酸的發酵水平提升到最高一百多克每升，超過國際上普遍的十幾克水平；二是建立了分子量可控的生物制造體系，實現了超高分子量、中高分子量、低分子量以及寡聚糖全類別透明質酸的生物制造，這也意味著其應用將更加廣泛。”

他進一步表示，隨著生物技術的發展，透明質酸水解酶的研究和生產制備技術已經成熟，酶法切割透明質酸已經完全實現了工業化。生物技術生產的透明質酸屬于上游原料，開發含有透明質酸的終端產品需要更多其它投入，而且，終端市場的成本取決于公司對透明質酸具體的運用場景、技術使用的熟練度等多方面因素。

據了解，江南大學該團隊低分子量透明質酸“一步發酵”技術可以讓發酵和切割同步進行，且更加精準地控制透明質酸糖鏈合成延伸和降解、解聚的協同過程，新技術的優勢在于生產技術能覆蓋全部大小的透明質酸，并提高透明質酸的發酵水平，提高生產菌種的生物安全性。

康振教授表示，團隊技術覆蓋了高、中、低透明質酸發酵生產，是一個完整的“技術包”，“一步發酵”只是其中技術之一。得益于這些技術，能特別精準地控制透明質酸分子量，不同大小的透明質酸都能發酵出來，所以，利用“技術包”可以實現全分子量類型透明質酸的工業級生產。

近年來麥角硫因、氨基酸以及透明質酸的原料價格因為用了合成生物技術而大幅下降，證明了合成生物技術在一個個點上是有突破的，但業內還是期待產業能在底層技術、通用技術上能有革命性進展，從而降低整體合成生物產業的成本。“非常開心看到我們的技術能夠服務于透明質酸生物制造產業的蓬勃發展，相關技術也在持續升級換代，希望能給這個產業帶來更多的推動力。”康振教授說。

業內一直認為成本是制約合成生物產業工業化發展的主要瓶頸，江南大學成功將透明質酸的成本降至每公斤幾百元，這對利用合成生物學技術，借助微生物發酵生產的其他產品產生一定推動作用。中國工程院院士、原江南大學校長、江南大學生物工程學院教授陳堅指出，“一個產品的廣泛應用是與科技創新緊密相連的。當初，最早的透明質酸一公斤市場售價一萬元，價格昂貴限制了它的應用。隨著不斷的技術創新，企業進入以后，規模做大，成本下降，應用面就鋪開了，這種規律是非常明確的。”

針對團隊技術是否可以借鑒，用于開發一些其他酶合成其他合成生物產品，康振表示：“其實，和透明質酸一樣，其他多糖的分子量也會影響其生物物理和生物化學性質。我們開發的分子量控制手段其他生物多糖產品都可以借鑒，只是其他多糖體現出的生物物理和生物化學活性與透明質酸有本質區別。合成生物學的基礎理論方法都是通用的，比如新酶挖掘過程、酶的定向進化策略；對現有的、天然存在的生物系統進行重新設計和改造；創造非自然的‘生物結構等方面都是可以借鑒的，可以借助這些技術手段來提高其他產品的產量并實現工業化生產。”

江南大學團隊在合成生物學領域的技術突破，實現了透明質酸大產量推廣應用，我國也成為有能力進行全類型透明質酸生物制造的國家。它標志著合成生物學正逐步從實驗室走向現實生活，未來在食品科學、環境保護、新材料開發等多個領域，都將看到其活躍的身影。隨著研究的不斷深入，合成生物學的應用邊界將被不斷拓寬，為解決人類面臨的諸多挑戰提供新的解決方案。