CIBB 2024 | 分论坛二:化学品绿色生物合成

文摘   2024-11-17 20:49   天津  



11月15日-18日,第十二届中国工业生物技术创新论坛暨生物制造产业大会在天津举行。本届大会以“合成生物,驱动生物制造”为主题,汇聚产学研各界嘉宾,围绕新形势下生物制造前沿创新与产业发展开展深入交流研讨,赋能新质生产力,为推动我国合成生物学和生物制造产业高质量发展启迪新思想、注入新活力、蓄积新动能。





分论坛二:化学品绿色生物合成

重大化工产品的绿色制造是经济社会可持续发展的重大需求。本论坛聚焦医药及营养化学品等的绿色生物合成路线,介绍化学品绿色生物合成的新技术、新工艺,为化工产业转型升级和绿色发展提供新思路。


反式乌头酸微生物绿色制造与多场景应用

吕雪峰  

中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员


反式乌头酸是一种六碳不饱和三元羧酸,独特的化学结构使其具有很好的应用价值,入选了美国能源部遴选的30种具有应用潜力的生物基平台化合物。然而,传统的植物提取和化学合成工艺都无法实现低成本量产,限制了下游应用开发。本工作以低pH耐受的工业土曲霉作为底盘细胞,围绕使能技术、细胞工厂和发酵工艺开发,首次实现了反式乌头酸的微生物绿色制造与生产示范,发酵85小时产量达到106 g/L,糖酸转化率0.60 g/g。成功解决了原料可及性问题,并推动了新型杀线虫生物农药和反式乌头酸酯生物基增塑剂的应用技术开发。荣获科技部首届全国颠覆性技术创新大赛最高奖项——总决赛优胜奖,并与企业完成非独家技术转让。随着生产技术的持续迭代升级和应用场景拓展,反式乌头酸将有望成为一种新的明星生物基化学品。


基于生物制造全过程的细胞工厂设计

祁庆生  

山东大学微生物技术国家重点实验室教授


合成生物学以工程化设计理念,对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成,是生命科学研究的新兴、前沿领域,这决定了合成生物学需要创新,这也是合成生物学产业的特点。
聚焦大宗化学品和高附加值产品,我们建立了快速酶进化和微生物细胞工厂构建的平台。并以此平台,根据产品特点建立相应的生物合成体系。酶的稳定性和活性是催化的基础,通过设计和进化酶的稳定性和活性,我们实现了多个酶的优化活性和稳定性的优化。而大宗化学品的生产不仅需要提高滴度、转化率和生产强度,还需要在尽可能的情况下实现减排。以丁二酸为例,除了生物和生物途径的构建,我们构建了减少二氧化碳排放的生物合成途径,实现了高效生产。


化学品合成细胞工厂的定向进化

唐双焱  

中国科学院微生物研究所研究员


在化学品合成细胞工厂优化过程中,除了生物合成途径的效率至关重要,底盘细胞亦涉及前体、辅因子与能量供应等,因此合成途径与底盘细胞间的适配性对细胞工厂的合成效率十分关键。鉴于底盘细胞代谢网络的复杂性,影响合成途径与底盘细胞适配性的因素很多,难以通过理性设计全面预测到。对底盘细胞代谢网络进行定向进化,可快速确定影响适配性的关键代谢靶点。通过解析这些靶点的作用机制,可深入理解合成途径与底盘细胞之间适配性的影响因素,从而探索适用于高效细胞工厂开发的通用性技术。


精细调控微生物细胞工厂合成营养化学品

邓 禹  

江南大学生物工程学院教授


高附加值营养化学品往往具有较长的生物合成途径,难以平衡分配代谢流,导致产量和产率较低。此外,产物合成所需的前体物质、能量和还原力等同时也与细胞生长密切相关,进一步增加了对代谢途径精细调控的复杂性。而精细调控代谢流和能量流需要定制调控元件(如:启动子和传感器等)并对关键靶点进行精准调控。本团队针对启动子和生物传感器等基因表达调控元器件,建立了基于深度学习的人工智能设计平台(www.yudenglab.com),实现了启动子和生物传感器的从头精准设计。基于此,系统优化了覆盆子酮和葡萄糖二酸等营养化学品的合成途径,建立了关键前体响应的动态调控系统,产品产量显著提升。


合成生物赋能生物材料创新

张科春  

西湖大学工学院教授


团队以原创技术为基础,以产业落地为目标,聚焦于利用合成生物学实现粮食安全、生物降解材料及可持续农业的发展。比如团队与牧原集团进行深度合作,解决大豆代替问题。同时在蜜雪冰城、唯品会的支持下探索生物降解材料在各个行业的落地应用。标志性新材料研究成果最近在浙江建德市落地,预计将于2025年12月建成投产。


重要手性胺的生物合成

姚培圆  

中国科学院天津工业生物技术研究所研究员


手性胺广泛存在于医药、农药、天然产物及功能材料中。除了它们本身的生物活性外,手性胺也可以用于手性催化剂、拆分试剂及手性辅基。因此,发展高效的手性胺合成方法就显得极其重要。手性胺的生物合成方法因具有反应条件温和、选择性高、环境友好等优势,引起了人们的广泛关注。研究团队通过对亚胺还原酶、胺脱氢酶、羰基还原酶、卤醇脱卤酶等酶的挖掘、筛选及设计改造,实现了镇咳药右美沙芬、JAK抑制剂托法替尼、新型安眠药苏沃雷生、培南类抗生素等重要手性胺药物中间体的高效不对称合成;采用多酶级联反应体系,建立了从简单易得的化合物出发高效合成多官能团、多手性中心手性胺的新方法。


非天然氨基酸的生物合成

吴坚平  

浙江大学化学工程与生物工程学院教授


手性非天然氨基酸在医药、农药、化妆品、食品及饲料添加剂行业具有重要的应用价值。利用氨基酸脱氢酶、苏氨酸醛缩酶、转氨酶等催化制备手性非天然氨基酸具有理论转化率高、反应条件绿色及原子经济性强等优点,在有机合成领域受到越来越广泛的关注。但是酶在面对非天然底物时,通常存在催化能力弱、立体选择性差、热稳定性低等问题,急需开展分子改造;此外在采用蛋白质工程手段改造酶催化性能的过程中,又常常会发生多种性能之间此消彼长的“trade-off”现象。团队近年来针对这些问题,建立了多种分子改造策略用以增强酶的催化性能,建立高效的酶法合成体系,并实现产业化应用,对于利用酶法制备手性非天然氨基酸具有重大的意义。


合成生物学助力酵母固碳生物制造

刘子鹤  

北京化工大学生命科学与技术学院教授


化石资源的大量使用会排放大量的二氧化碳,引起日益恶化的环境以及温室效应。以二氧化碳为底物的第三代生物炼制,力争将生物制造实现从“减碳”到“负碳”的转变,将大气中的二氧化碳和可再生能源高效的转化成燃料和化学品。然而,如何高效地改造现有细胞工厂将其最适底物从传统的C5和C6化合物改变为二氧化碳是该领域的重点和难点,代表性问题包括:对于细胞代谢机理和网络的理解匮乏、模块化和标准化的生物学元件不足等。我们据此凝练出 “合成生物学使能工具的开发”、“生物固碳细胞机理的解析”两个关键科学问题,取得一系列高水平原创成果。例如,开发了基于酵母的合成生物学工具包,并利用这些工具从减碳、固碳、负碳三个维度构建酵母细胞工厂,探索底盘细胞工厂实现第三代生物炼制的新机制和新过程。

BIOINN生物制造众创空间
生物技术专业化众创空间(简称BIOINN“Biotechnology Innovation\x26quot;)是依托于中科院天津工业生物所“技术创新”和“平台创新”而建设的创新创业孵化平台,由天津所全资资产管理公司中科育成(天津)科技发展有限公司建设并运营
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