成立即获亿元级融资,明星团队创办,国内合成生物学领域出现新头部玩家!万亿生物制造行业迎来新型开拓者

生物医学
成立即获亿元级融资,明星团队创办,国内合成生物学领域出现新头部玩家!万亿生物制造行业迎来新型开拓者
麻省理工科技评论 2020-09-25

2020-09-25

未来 10-20 年,4 万亿美元的经济价值将由合成生物主导。
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未来 10-20 年,4 万亿美元的经济价值将由合成生物主导。

“未来 10-20 年,4 万亿美元的经济价值将由合成生物主导。”

2020 年 6 月,麦肯锡在《生物革命:创新将改变经济、社会和我们的生活》报告中,用这句话总结合成生物产业的未来价值。

三个月后的 9 月初,一家合成生物技术平台初创公司,恩和生物 Bota Biosciences(以下简称“Bota Bio”),宣布完成 1500 万美元 A 轮融资。本轮融资由经纬中国领投,夏尔巴投资、BV 百度风投等机构跟投。

Bota Bio 成立于 2019 年,首席执行官是哈佛 - 麻省理工学院医学工程和生物物理博士 Cheryl Cui,她曾入选 2018 年美国福布斯医疗健康 “30 under 30” 榜单;联合创始人卢冠达(Timothy K. Lu)是麻省理工学院电子工程与生物工程副教授,他参与创办的合成生物公司 Synlogic 已于纳斯达克上市;首席技术官 Chia-Hong Tsai 博士来自于全球顶尖生物合成公司 Amyris,曾实现多个生物基产品的产业化。

除此之外,Bota Bio 的主要团队成员均拥有工业生物技术研发和产业化经验,核心技术团队完整覆盖生物计算、菌株工程和发酵工艺等各个技术模块。技术高管来自于 Amyris,生物酶工程巨头 Codexis、Ginkgo Bioworks、Intrexon、Joyn Bio 等。此前,该团队曾成功开发 8 种产品,均已实现⼯业⼤规模⽣产。

Bota Bio 本轮融资的背后正在孕育着一股浪潮式的革新力量,它始于合成生物学的理念,发于工程化思维的运用,致力于给传统化工产业开拓新的技术路径。当下,全球生物技术产业蓄势待发,具备研发创新和产业化经验的 Bota Bio,必将在其中扮演重要角色。

开启生物制造的可能性

生物制造(Bio-Enabled Manufacturing)并非停留在理论层面上,人类早已开始享受其所带来的种种福利。早在 1971 年,斯坦福大学伯格实验室完成了史上第一次胞外 DNA 重组和基因工程,奠定了生物制造的基础。1978 年,科学家成功通过基因工程技术利用大肠杆菌生产胰岛素,并且这项技术很快就得到广泛应用,这让全球数以亿计的糖尿病人不再受困于胰岛素的匮乏及其高不可攀的价格——之前人类依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取胰岛素,一个糖尿病人每年所用的胰岛素需要数十头、数百头甚至上千头牛来生产。

再后来,随着技术发展,我们利用重组细胞和合成微生物生产了用于预防乙肝、狂犬病等各种传染性疾病的疫苗。合成生物也进入了我们的日常生活,比如说生物工程技术改进的洗涤剂——现在的洗衣粉或洗衣液,去污效果远好于二十年前的同类产品,重点是因为其中添加了微生物生产的各类酶,它们能迅速分解、剥离那些附着在衣服中的油脂、蛋白质及其它污垢。

如今,中国的生物制造行业年产量已实现逾 2000 万吨,尤其是氨基酸和维生素等产品的开发,不论是生产技术还是产量均居于世界领先地位。但中国还不能定义为真正意义上的生物制造强国,其中问题是国内目前的生物基品种主要集中在大宗低附加值产品的发酵生产,缺乏高附加值产线的布局。合成生物学从工程化的思维方式切入,引入了基因改造、元件设计组装等理念,实现了酶工程(Enzyme Engineering)和菌株工程(Strain Engineering)的系统化和智能化,进一步提升了生物制造的潜力。而搭建国际先进水平的合成生物技术平台,将成为生物制造工业转型和升级的关键,将进一步完善研产结合的产业生态。

然而,与合成生物学真正的潜力相比,这半个世纪它带给我们的实际应用还远远未达预期。问题在于在传统实验室中改造、筛选具有目标功能的微生物,是一项极为低效和昂贵的工作。许多科学家或科研团队投入数十年,也未必能 “合成” 一个具有实际工业应用价值的微生物。合成微生物因其高复杂性,必须以低成本快速持续地运行 “设计-构建-测试-学习” 循环,来进行大量的试错和实验。然而必要的大量试错和实验,将远超传统劳动密集型研究的能力,这带动了对 “生物铸造厂(Bio-foundry)” 自动化高通量研究平台的需求。

Bota Bio 搭建的生物铸造厂,用 “集成化”、“自动化”、“模块化”的解决方式,高效精准改造、高通量有效筛选目标微生物。

一边是市场需求,一边是技术革新

过去一个多世纪,人们已经习惯于用 “化学合成” 的方式生产物资原料。化学工业每年生产的产品价值近 5 万亿美元。行业排名前五十的制造商(如巴斯夫 、中石化、 RIL 、杜邦、 SABIC ) ,每年共销售约 7500 亿美元的塑料、溶剂、涂料和其他化合物,涵盖了从维生素到飞机建材的方方面面。

对于简单的分子,化学合成确实可以满足人们的预期。但是,对于过于复杂的分子,工艺的复杂性、在使用原料生产过程中的副产物、无法回收的催化剂、废弃溶剂等都会造成严重污染。

种种阻碍正束缚着化工企业的手脚。随着生物技术的迭代更新,在一些情况下生物合成其实是一种更低成本、更高效、更环保、以及更安全的生产方式。对于特定品类,它可以弥补化学合成的短板,完成化学合成无法完成的任务。

2015 年,波士顿咨询 (BCG) 的统计数据突显了这种替代趋势。

如上图所示,历史悠久的百年化工大厂正在被 “后浪” 追赶甚至赶超。鉴于合成生物学的巨大应用前景,不少创新型企业投入诸多资源展开合成生物学产业化开发,以抢占合成生物学研究和发展先机,他们成为上图中的新兴市场参与者(EMP)。蓝色边框中暂时处于下风的企业,如杜邦、拜耳等在平均增长率上已经略显疲态,他们多是拥有悠久的发展史、国际化业务及相对传统技术布局的跨国公司(MNC)。但需要注意的是,这些传统的化学公司已经开始转型布局,杜邦公司以 63 亿美元收购了酶工程公司 Danisc;拜耳则与 Ginkgo Bioworks 共同投资 1 亿美元创建 Joyn Bio。寻找转型的巨头远不止于这几家,日本的住友、三井、日本化药公司和三菱,韩国 LG 化工,以及荷兰的 DSM,都已展开合成生物学的战略布局。

以百年荷兰化工巨头帝斯曼(DSM)为例。2002 年帝斯曼剥离传统石油化工业务,大笔购入可持续发展业务,收购罗氏维生素 E;2010 年底并购全球领先的微生物发酵工程公司 Martek(马泰克),帝斯曼一跃成为全球最大的藻油生产商及维生素生产商。大刀阔斧改革的结果就是,帝斯曼股价年复合收益率达 13.1%,远高于同期荷兰 AEX 指数的 2.6 倍收益。对于一家早年间依赖石油原材料制造基础化工产品的龙头来说,尤为难得。

化工巨头们紧锣密鼓的布局说明其对生物合成产业的 “需求” 正在日益增长。

“2010 年之后,分子生物学工具和科学基础设施有了很多突破性进展——DNA 测序、合成和筛选成本大幅度降低,基因组编辑的工具 CRISPR/Cas9 的出现与成熟,生物信息学发展及人工智能应用,提升了合成生物学领域的数据分析和设计能力——从而触发其产出效益 / 成本投入的比率,实现每年成倍增长。”Bota Bio 在接受生辉采访时解释了为什么在这个时间节点最有可能实现大规模产业化。这些关键技术的突破,伴随着越来越多的成功案例,将有助于推进其商业发展的高速增长。“但是项目的成功仍需要投入大量资源进行系统性研发,这也是大家从激进热情转为基础建设的过渡的原因之一,希望可以从基础建设的过程中降低成本、测试更多想法,进一步提高项目成功率。”

生物合成里的 “新基建”公司

综上所述,市场需求的大门正在打开,带来的是更加聚焦且复杂的需求。

即插即用(Plug and Play)的 “平台型研发公司” 因此诞生,这和 Bota Bio 的定位不谋而合。平台型公司最大的亮点是不会局限于单个产品的研究与开发,而是以行业需求为出发点,划分业务板块。举例来说,Bota Bio 以计算为基础搭建酶工程、菌株工程和发酵工艺工程平台,涵盖生物催化、生物转化和生物全合成三大技术路径,来满足不同工业生物技术的市场需求。

从最底层开始,Bota Bio 开发适用于生物技术开发和生产的云端数据库和智能化控制软件,并把湿实验室中的自动化和高通量硬件设施整合进去,完整记录整个工作流程中样品和信息之间的关联。Bota Bio 所做的可以类比为在生物合成中建设新型基础设施,“新基建”一词可以概括其主要特点。

Bota Bio 新基建中的 “生态化”,指的是在国内搭建合成生物公司平台的过程中,与 Twist、华大 BGI 和迪赢生物进行基因合成方面的合作,以及与下游 Eppendorf 和国内发酵罐生产商之间的业务延展;新基建中的“高速化”,是指通过必要的自动化来开发高通量筛选技术,加速筛选、提高效率;这其中最为重要的“数字化” 和“智能化”,是建立在大量云端数据收集和连接的基础上,结合生物信息算法和机器深度学习,采用理性设计(科学家参与)与机器设计并行的研发方案,在基因层面对菌株展开系统工程化编辑;实现对生物的遗传编码、改造、筛选,最终成为目标微生物。经过编码的生物(菌株)将成为可以生产特定产物的微观细胞工厂,其所产物品类可以涵盖营养品、食品、香精香料、医药和材料等多个领域。

表格丨相比于传统技术平台研发探索执行模式,Bota Bio的模块化自动实验体系更加高效(来源:公开资料整理)

承上启下,迎接 Bio-economy 时代的到来

在这一体系之下,Bota Bio 利用生物创造经济价值。这些价值不仅仅体现在上述化工等领域,更在各大产业中扮演着承上启下的枢纽角色。

新型产品的生产往往建立在技术创新之上。以近几年大热的 “人造肉” 产业为例,过去食品原料往往以动物和植物为主,但随着美国对新型食品原料规定的细化,FDA 提出 “公认为安全” 模式并规定 “植物肉产品”主要以植物蛋白、氨基酸等为制造原料。

这让生物合成、发酵成为了生产上述 “素肉” 原料的技术载体,发酵产品将是驱动一系列植物肉产品的底层技术。基于减少可病原体(pathogen)感染考量引发的 “去动物化” 的思维,更多产品将利用微生物发酵来酿造蛋白质和营养物质,以生产用于植物性健康食品的原料。相关企业也迎来发展红利期。其中,头部公司 Beyond Meat 已成功上市;Impossible Foods 累计融资高达 12 亿美元,两家公司均依靠合成生物指导的微生物发酵生产新型产品。面对前景广阔的市场,更多公司希望用资本、资源的方式把握住未来的创新机会,在生物合成发酵替代蛋白的市场中提前布局。

值得一提的是,在这一领域,美国明星公司 Zymergen 在 9 月初刚刚获得 3 亿美元的大额融资,促进生物基新材料的研发;去年,合成生物学平台型公司 Ginkgo Bioworks 融资 2.9 亿美元,目前的累积融资金额已达 7.19 亿美元,估值超过 40 亿美元。“巨额”数字背后,昭示着产业界对载体技术的多方重视。

可以说,生物技术的进展和突破开启了 Bio-economy(生物新经济)时代的大门,Bota Bio 等平台型公司的出现希望加速这个领域的发展,将更多安全、环保、实用的产品带入每日生活。

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