關(guān)注

在12月24日剛剛結(jié)束的2024健康大會(huì)上，來自醫(yī)療健康行業(yè)的知名專家學(xué)者、企業(yè)家和領(lǐng)軍人才，圍繞AI賦能醫(yī)藥行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)的AI運(yùn)用場景等大健康主題，共同探索AI在醫(yī)療健康領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用與發(fā)展前景。大會(huì)現(xiàn)場邀請了三位院士為與會(huì)者帶來主旨演講。其中，在合成生物學(xué)領(lǐng)域深耕多年的黃和院士以《合成生物學(xué)賦能食品制造，助力大健康產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展》帶來分享，為我們深入剖析了這一新興學(xué)科在食品健康領(lǐng)域所蘊(yùn)含的巨大潛力與變革力量，引發(fā)廣泛關(guān)注與深入思考。 中國工程院院士、南京師范大學(xué)副校長 黃和

黃和院士以微生物資源開發(fā)利用為核心，發(fā)展了代謝工程物質(zhì)能量耦合調(diào)控和代謝網(wǎng)絡(luò)全局性系統(tǒng)調(diào)控理論，開發(fā)了非模式工業(yè)微生物合成生物學(xué)精準(zhǔn)高效改造的系列方法，實(shí)現(xiàn)了以生物質(zhì)為原料的多種新型發(fā)酵產(chǎn)品工業(yè)生產(chǎn)。主要研究工作先后獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2項(xiàng)（均排名一）、省部級(jí)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)5項(xiàng)（4項(xiàng)第一、1項(xiàng)第二）、何梁何利科學(xué)與技術(shù)青年創(chuàng)新獎(jiǎng)、全國商業(yè)最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)、閔恩澤能源化工杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)、比爾及梅琳達(dá)?蓋茨基金會(huì)青年科學(xué)家獎(jiǎng)等。

01

生命科學(xué)“利器”！為年輕學(xué)者搭建產(chǎn)學(xué)融合的舞臺(tái)

人類進(jìn)入21世紀(jì)以來，一門新興的交叉學(xué)科“合成生物學(xué)”成為國際科學(xué)前沿一大熱門，也成為新質(zhì)生產(chǎn)力的關(guān)鍵代表之一。正如黃和院士在演講中提到：“現(xiàn)在大家講到新質(zhì)生產(chǎn)力，首先想到的就是智能制造和芯片；其次就是生物制造和合成生物學(xué)了。在學(xué)術(shù)界，合成生物學(xué)的熱度更是有目共睹，2018年和2020年連續(xù)兩屆諾貝爾獎(jiǎng)都授予該領(lǐng)域的科學(xué)家，使其備受全球關(guān)注。”與傳統(tǒng)諾獎(jiǎng)成果在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上常需漫長等待不同，合成生物學(xué)展現(xiàn)出獨(dú)特的發(fā)展節(jié)奏。黃和院士指出：“這兩位女士（卡彭蒂耶和杜德娜）在榮獲諾貝爾獎(jiǎng)前，就已經(jīng)成功創(chuàng)立了基于合成生物學(xué)的企業(yè)，這些公司也先后在美國上市?！焙铣缮飳W(xué)是一門融合了生物學(xué)、工程學(xué)和信息技術(shù)的交叉學(xué)科，旨在通過理性設(shè)計(jì)和構(gòu)建新的生物部件、裝置和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對生命過程的精準(zhǔn)控制和優(yōu)化，在化工、能源、材料、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)境和健康等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，被譽(yù)為生命科學(xué)的“利器”。在人才領(lǐng)域，合成生物學(xué)也是年輕科研人員的舞臺(tái)。麻省理工學(xué)院的張鋒教授打破校史最年輕的華人正教授記錄；哈佛大學(xué)的劉如謙教授32歲便在該領(lǐng)域取得重大突破，倫敦大學(xué)學(xué)院利用該技術(shù)理念成功治愈白血病病人患者。正如黃和院士所說：“我理解的合成生物學(xué)，不僅是一個(gè)基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用緊密結(jié)合領(lǐng)域，而且還是非常適合中國年輕科研工作者的領(lǐng)域?！?strong>值得一提的是，在2023年，年僅49歲的黃和院士憑借其卓越的科研實(shí)力以及眾多突破性成果，成功當(dāng)選為中國工程院院士。合成生物學(xué)作為21世紀(jì)生物科學(xué)領(lǐng)域新崛起的一門分支學(xué)科，目前正處于蓬勃發(fā)展的黃金時(shí)期，展現(xiàn)出巨大的潛力和廣闊的前景。在這一領(lǐng)域中，以黃和院士為代表的中國學(xué)者們表現(xiàn)活躍，他們不斷挖掘合成生物學(xué)的新應(yīng)用和新突破，為學(xué)科和產(chǎn)業(yè)注入活力。

02

從甜、酸味劑到DHA，微生物發(fā)酵的深度應(yīng)用與創(chuàng)新

合成生物技術(shù)已從理論探索走向?qū)嶋H應(yīng)用，逐漸滲透到各行各業(yè)，在醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、能源等領(lǐng)域已展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力和市場價(jià)值。面對高速增長的市場，黃和院士以與人們?nèi)粘＝】禒顩r緊密相關(guān)的“甜味劑”“酸味劑”以及“DHA”作為實(shí)例，深入闡釋了合成生物學(xué)和產(chǎn)業(yè)界之間的內(nèi)在聯(lián)系，讓與會(huì)者更清晰地認(rèn)識(shí)到合成生物學(xué)如何從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)。（一）甜味劑的擴(kuò)張與變革隨著人們健康意識(shí)的不斷提高，對糖的需求發(fā)生了深刻變化。黃和院士提到：“世界衛(wèi)生組織（WHO）對23個(gè)國家人口的死因進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)長期嗜食高糖食品的人比正常飲食的人平均壽命短10-20年。世界衛(wèi)生組織建議，成人和兒童的糖攝入量應(yīng)控制在每天不超過50克，最好不超過25克?！痹谶@種背景下，甜味劑市場迎來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的木糖醇雖曾是常見的甜味劑，但因其對腎功能代謝障礙人群存在潛在風(fēng)險(xiǎn)（FDA和Animal Poison Control Center），逐漸被市場重新審視，而赤蘚糖醇憑借其相對安全性脫穎而出。黃和院士介紹道，“赤蘚糖醇是一種在自然界中廣泛存在的天然物質(zhì)，常見于西瓜等水果蔬菜中。但其傳統(tǒng)提取方法成本較高，遠(yuǎn)高于白糖的價(jià)格。這導(dǎo)致赤蘚糖醇難以替代白糖，實(shí)現(xiàn)廣泛的商業(yè)化應(yīng)用?！?strong>合成生物學(xué)的出現(xiàn)改變了這一局面。通過底盤生物改造和發(fā)酵法，近年來赤蘚糖醇的生產(chǎn)成本大幅降低，從7萬/噸降至2萬/噸，進(jìn)而催生了眾多爆款無糖飲品。與此同時(shí)，市場的快速擴(kuò)張也帶來了新的問題。黃和院士指出，“赤蘚糖醇產(chǎn)量在五年內(nèi)，從不到千噸飆升至如今的數(shù)十萬噸，其價(jià)格也隨之跌至萬元/噸?！?strong>在此市場環(huán)境下，黃和院士著重強(qiáng)調(diào)，一方面企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)自律，避免在單一市場過度擴(kuò)張而引發(fā)不良后果。另一方面，從技術(shù)層面審視，目前可供選擇的糖類相對有限。以甜菊糖苷為例，若能攻克其后苦味的問題，將成為極具潛力的健康糖類選項(xiàng)。此外，山梨糖醇、羅漢果糖等也在近年來陸續(xù)推向市場。展望未來，隨著生活節(jié)奏加快與壓力增大，民眾對甜味的需求有所提升，且對代糖類產(chǎn)品的品質(zhì)與口感要求越發(fā)嚴(yán)苛，這也意味著代糖類產(chǎn)品的市場開拓潛力巨大，值得相關(guān)企業(yè)深入探索與研發(fā)。（二）百億蘋果酸市場的誕生在飲料口感的構(gòu)建中，酸味劑起著關(guān)鍵作用，但相較于甜味劑的快速發(fā)展，酸味劑的進(jìn)步較為緩慢。黃和院士說：“酸味劑不像甜味劑般琳瑯滿目，酸味劑進(jìn)步非常保守，第一代酸味劑為磷酸，其強(qiáng)溶解性對牙齒健康存在潛在危害；第二代為檸檬酸，目前檸檬酸在中國生產(chǎn)超過30年且產(chǎn)能過剩，企業(yè)盈利微?。划?dāng)前，蘋果酸因其不直接參與脂肪代謝，目前已成為更健康的酸味劑選擇。”據(jù)悉，傳統(tǒng)化學(xué)法合成的DL型蘋果酸，因D型蘋果酸不能被人代謝，存在潛在風(fēng)險(xiǎn)，美國聯(lián)邦法律規(guī)定其不能用于嬰兒食品。因此，利用發(fā)酵法生產(chǎn)L型蘋果酸成為研究重點(diǎn)。黃和院士團(tuán)隊(duì)通過合成生物技術(shù)改造生產(chǎn)檸檬酸的黑曲酶來生產(chǎn)蘋果酸，取得了顯著成效?！斑^去三年，我們通過改造黑曲酶，使蘋果酸發(fā)酵產(chǎn)量工業(yè)發(fā)酵接近200g/L，原本7萬/噸的蘋果酸，現(xiàn)降至2萬/噸，已可用于食品領(lǐng)域。若蘋果酸可以取代20%檸檬酸的市場，再加上自己的市場，將有望催生出一個(gè)價(jià)值百億的合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)?！?/strong>為了進(jìn)一步推動(dòng)生物發(fā)酵蘋果酸的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，黃和院士團(tuán)隊(duì)已與國投集團(tuán)達(dá)成合作，計(jì)劃用三年時(shí)間建設(shè)3萬噸蘋果酸發(fā)酵項(xiàng)目。目前，團(tuán)隊(duì)在常州已完成3百噸蘋果酸的生產(chǎn)，首個(gè)集裝箱也已運(yùn)往美國，進(jìn)一步提升我國在生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的國際競爭力和影響力。（三）AI+生物發(fā)酵制備Omega-3脂肪酸DHA是人體所必需的一種多不飽和脂肪酸，在多個(gè)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，在嬰兒配方食品、寵物飼養(yǎng)及水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面需求持續(xù)增長。魚油中含有兩種主要的Omega-3脂肪酸：EPA（硬脂酸）和DHA。此前20年，為滿足嬰兒配方食品對EPA的限制，黃和院士團(tuán)隊(duì)將EPA含量從5%降至1%。由于近年來從魚油提取DHA面臨海水污染和環(huán)境問題以及資源短缺等問題，如何通過生物發(fā)酵的方式，將DHA中的EPA含量從1%提升到15%，是團(tuán)隊(duì)面臨的又一難題。“我們用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法將裂殖壺菌的PKS（聚酮合酶途徑）進(jìn)行重新構(gòu)建，在維持DHA為45%時(shí)，使EPA從1%提至15%”，黃和院士介紹說。此外，團(tuán)隊(duì)還借助機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，在6個(gè)月內(nèi)用新菌將DHA從0%提升至59%，達(dá)世界最高水平，相關(guān)成果于2024年發(fā)表于《Nature Chemical Biology》。目前，該項(xiàng)目正在進(jìn)行中試，有望一年內(nèi)推出樣品進(jìn)入醫(yī)藥界，為我國DHA產(chǎn)業(yè)的升級(jí)和拓展提供了新的方向。

03

產(chǎn)學(xué)研政攜手共進(jìn)，打造“AI+”創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)生態(tài)

毋庸置疑，合成生物學(xué)正在引領(lǐng)生物產(chǎn)業(yè)的變革。但在合成生物技術(shù)、產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的同時(shí)，黃和院士也指出行業(yè)的發(fā)展正面臨重要挑戰(zhàn)。為了進(jìn)一步推動(dòng)我國合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，黃和院士呼吁更多年輕人加入。其所在的南京師范大學(xué)為全國較早開設(shè)合成生物學(xué)專業(yè)的高校之一，為產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)后備人才提供助力。對于合成生物學(xué)的未來發(fā)展，黃和院士依據(jù)專業(yè)知識(shí)和科研經(jīng)驗(yàn)，指出三個(gè)有潛力的方向：AI在工業(yè)酶設(shè)計(jì)中的深度應(yīng)用、AI對基因編程的有效輔助、優(yōu)質(zhì)基因的快速定制生產(chǎn)。這三個(gè)方向圍繞合成生物學(xué)與AI的融合，有望解決行業(yè)現(xiàn)存問題，助力我國生物制造產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)向現(xiàn)代、從低端向高端的轉(zhuǎn)型升級(jí)，從而為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展注入強(qiáng)大動(dòng)力。產(chǎn)業(yè)實(shí)踐方面，全國各地的合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)園區(qū)發(fā)展迅速。黃和院士分享道：“南師大，積極深化校企合作，推進(jìn)成果產(chǎn)業(yè)化。我們籌建了南京師范大學(xué)常州合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)研究院，總投資達(dá)到1.5億元。研究院產(chǎn)業(yè)定位于合成生物學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)孵化和產(chǎn)業(yè)化，致力于完成人才-科技-資本-產(chǎn)業(yè)的有效集聚。”在全球科技競爭日益激烈的今天，合成生物學(xué)作為新興的交叉學(xué)科，在全球產(chǎn)業(yè)格局中扮演越來越重要的角色。其在食品健康領(lǐng)域的應(yīng)用僅僅是一個(gè)縮影，未來，在醫(yī)藥、能源、環(huán)境等諸多領(lǐng)域都有著無限的潛力等待我們深入挖掘。

如果您想對接文章中提到的項(xiàng)目，或您的項(xiàng)目想被動(dòng)脈網(wǎng)報(bào)道，或者發(fā)布融資新聞，請與我們聯(lián)系；也可加入動(dòng)脈網(wǎng)行業(yè)社群，結(jié)交更多志同道合的好友。

近

期

推

薦

聲明：動(dòng)脈網(wǎng)所刊載內(nèi)容之知識(shí)產(chǎn)權(quán)為動(dòng)脈網(wǎng)及相關(guān)權(quán)利人專屬所有或持有。未經(jīng)許可，禁止進(jìn)行轉(zhuǎn)載、摘編、復(fù)制及建立鏡像等任何使用。動(dòng)脈網(wǎng)，未來醫(yī)療服務(wù)平臺(tái)

免責(zé)聲明：本內(nèi)容來自騰訊平臺(tái)創(chuàng)作者，不代表騰訊新聞或騰訊網(wǎng)的觀點(diǎn)和立場。

舉報(bào)

相關(guān)知識(shí)

中國工程院院士朱蓓薇為食品行業(yè)營養(yǎng)品代言：賦能健康未來
健康谷物院士工作站正式落成，引領(lǐng)健康主食產(chǎn)業(yè)升級(jí)
中國科學(xué)院院士陳潤生：聚焦合成生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展，重視基礎(chǔ)研究和創(chuàng)新人才培養(yǎng)｜聚焦2024華夏大健康大會(huì)
合成生物學(xué)賦能：從學(xué)科發(fā)展到產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化
中國工程院院士劉仲華調(diào)研理想華萊 共謀黑茶產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展新篇章
中國生物制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展
中國工程院院士朱蓓薇：我國食品產(chǎn)業(yè)進(jìn)入可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展期
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院
中國工程院院士孫寶國談白酒生產(chǎn)現(xiàn)代化，評(píng)國臺(tái)酒智能釀造實(shí)踐
青島大力發(fā)展海洋藥物與生物制品、海洋工程裝備制造等產(chǎn)業(yè)

網(wǎng)址: 中國工程院黃和院士：合成生物學(xué)賦能食品制造，助力大健康產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展 http://m.jjxejuv.cn/newsview1871450.html