合成生物工业放大经验：技术创新、专利布局与转化思路丨专访微构工场联合创始人兰宇轩|兰宇轩|清华大学|生物学|生物技术|菌株

过去十年合成生物学产业的蓬勃发展，离不开政、产、学、研、投的多方努力。

从各大科研机构发表的论文数量和研究领域来看，合成生物学已经多点开花，医药、化工、能源、环境等领域研究日益成熟，最前沿的研究方向也逐渐变得 “科幻”，例如仿生材料、穿戴设备、数据存储、声光电热、太空生存甚至火星殖民。

在产业端，早期成熟的研究成果也在多方共同努力下纷纷落地，生物制造业发展最为迅速，其中 PHA 作为替代石油基塑料的有力候补者，更是吸引了众多参与者。

然而产业转化并非易事，一项技术从实验室到产业端需要经历哪些过程？其中又会遇到什么问题？

为了解答这些问题，生辉 SynBio 邀请到了微构工场联合创始人兰宇轩，来与我们分享他的产业转化经验。

图丨兰宇轩（来源：受访者）

兰宇轩毕业于清华大学生命科学学院，后赴加州大学伯克利分校攻读生物工程专业，还曾在斯坦福大学做研究访问学者。

今年 2 月，兰宇轩参与联合创立了微构工场 —— 通过下一代工业生物技术开发材料与化学类革命性创新产品的清华系初创公司，并于 7 月宣布获得了由红杉中国种子基金领投的近 5000 万元人民币天使轮融资。（点击直达： ）。

从市场分析到平台搭建，从基础研究到创办公司，众多合成生物学家都在尝试 “学以致用” 解决产业难题。从科学家到企业家的转变过程中，从实验室走向工厂的产业化路径中，微构工场积累了哪些经验？科研成果转化应该注意什么？

以下为生辉 SynBio 与兰宇轩的访谈实录：

生辉 SynBio：

生辉 SynBio 此前报道了微构工场创立的契机：一方面是塑料污染日趋严重，碳中和、“限塑令” 的大背景，另一方面是技术平台研究已经相当成熟。现实来看，在实验室的学术研究要推向产业化，这个过程本身并不简单，那么，微构工场是如何在学术成果的产业转化中找到平衡点的，是否有具体案例？

兰宇轩：

学术主要强调的是在研究领域内的创新性，而产业化则更强调技术在现实世界的实用性。两者相辅相成，但并不是天然统一的，所以依然有大量的工作需要完成。

以我们的核心技术之一 “开放培养不染菌” 举个例子，“染菌” 指的是发酵过程中除生产菌外的杂菌生长，会严重影响正常的发酵过程和目标产物的获取。传统发酵工程中的解决方案是通过水蒸气对整个系统进行 高温灭菌，然而这一过程会产生大量的能耗，增加产品全生命周期的碳排放，有悖于我们希望用生物合成的生产方式降低碳排放的初衷。

我们团队最早在学术界提出了全新的解决方案，是通过 “ 三把锁 ” 来抑制住杂菌的生长：一是 较高盐浓度 ，我们特有的菌株可以在高盐环境下生长，而其他杂菌很难耐受高渗透压；二是碱 性生长环境 ，我们特有的菌株可以在碱性环境生长，而其他杂菌通常适宜酸性或弱酸性环境；三是我们特有的菌株 生长速度更快 ，抑制了其他微生物的生长。

我们 十多年前 提出这个技术后，便开始积极地进行工业化的尝试，但是我们很快注意到在 实际生产过程中 ，我们的第一把锁存在一些问题：由于我们生产过程中盐浓度偏高， 导致下游的废水处理成本大幅提升， 因此从产业化这一端我们考虑的问题变成了 如何在抑制杂菌和废水处理中找寻其中的平衡点。

通过研究我们发现将之前的 盐浓度下调至不到 1/4 后， 依然可以抑制杂菌生长，同时下游废水处理成本也 接近一般的发酵废水排放成 本了。 在确定这一浓度后，我们通过一系列的合成生物学技术改造，使得新菌株能更加适应现在的低盐培养状态。 经过了这一重要的产业化步骤，新一代的菌株 不仅保有先前菌株的全部优势，同时下游废水处理成本大大降低。

近年来我们跟德国技术团队合作，成功开发了废水循环利用技术，使发酵水处理成本降低到行业最低水平，从根本上解决了水处理高成本问题。所以我们可以看到， 一个学术上具备创新性的工作，不一定能够直接落地使用，产业化过程伴随着大量类似这样的对先前工作的优化和改进。

生辉 SynBio ：

从小试到中试放大，这个过程非常考验工艺，同时也有很多产业转化的项目在此环节挫败折戟。在这方面，微构工场有哪些经验分享？

兰宇轩：

合成生物学的产业化放大不是一蹴而就的过程，需要一步一个脚印去做。要小步快跑，但是切忌一步登天，要尊重客观事实规律。

在技术方面，我们最早在实验室里完成了 10 升发酵罐规模的小试，结果非常理想，于是推动到 5 吨发酵罐规模的中试。

我们本以为这个应该是一个很简单的放大过程，然而事实上我们发现每一个步骤都需要重新进行摸索和优化：接种量的比例、培养基的配方、溶氧的控制、补料的方式等等。 这就像是木桶效应，任何一个地方的不足都会导致最后整体发酵效果的不理想。

事实上，仅仅是 中试这一步，我们一共用了 4 年的时间 才取得了最理想的结果。在此之后我们又进行了多批次的试验，在有了长足的实验数据积累之后，我们才进一步迈向了 200 吨发酵罐规模的量产试验，并于今年 6 月取得了成功。这一试验的成功标志着我们的技术已经达到了量产水平，在创新性和成熟性方面均达到了世界领先。

此外，在技术放大的同时我们也在深耕市场，去寻找 PHA 更多、更适合的应用场景。 PHA 作为一种相对较新的材料，其下游市场还有待进一步的探索和挖掘。 我们先后与各种下游的合作伙伴开发了各类基于 PHA 的产品，包括包装袋、农膜、一次性餐具、高端纤维等等，去寻找 PHA 适合的应用场景。

我们目前已经和各细分领域内的顶尖企业建立了合作关系，并取得了数百万元的研发订单和数千吨的意向采购订单。 对于企业而言，产业化放大同时也是市场放大的过程，在推动技术的同时也需要推动下游的应用场景。

生辉 SynBio：

专利技术是企业竞争的利器，行话说：三流企业卖产品，二流企业卖技术，一流企业卖标准。尤其是对于合成生物学这门新兴热门学科来说，专利布局更是重要，这方面从业者应该注意些什么？

兰宇轩：

首先， 对于一家合成生物学企业来说，菌株以及相应的代谢元件和调控工具是非常重要的。 我们特有的菌种是由我们的团队最早发现并通过合成生物学技术持续优化的，这个保证了我们在上游严格控制了技术来源。

其次，我们正在进行 广泛的专利布局 ，在平台层面涵盖了菌种开发、生物发酵和产物纯化全流程，在产品层面拓展了下游的应用场景。以菌株为例，我们已经在过去十五年里持续开发了十几代高性能的优异菌株，并且通过专利进行了保护。

最后，对于任何一家科技型企业来说，只是采取防守性策略来保护是不够的。我们在对已有技术进行专利布局的同时， 通过进一步的研发来持续做大做深我们的护城河。

我们通过不断提出创新性的解决方案，来让我们的技术和产品更加具有竞争力。在技术方面，我们正在探索 利用餐厨废料 作为 PHA 发酵生产的原料，再次颠覆现有的生产技术。在产品方面，我们搭建了 PHA 聚合物的定制化合成平台 ，可以根据下游客户的需求去提供对应性能的 PHA 材料。

生辉 SynBio：

从目前的这些合成生物学公司来看，合成生物学技术本身就是一种优势，请问您觉得合成生物学市场在未来的发展潜力如何？对一些想进行产业转化的学者有什么建议？

兰宇轩：