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合成生物学:属于未来二十年的天工开物 | 2021峰瑞资本投资人年度峰会

峰瑞资本 | 做正确而非容易的事。 2022/01/21 01:42

新知达人, 合成生物学:属于未来二十年的天工开物  | 2021峰瑞资本投资人年度峰会

2020年,《自然》期刊发表了一项具有标志性意义的研究:如今人造材料总质量增长到1万亿吨,与生物量总和相当。也就是说,在这颗蔚蓝的星球之上,一半是万物生灵,另外一半则是由人类创造的各类材料。

“以生物造万物”, 蓝晶微生物(Bluepha)联合创始人&CEO张浩千 眼中,合成生物学是制造业的“天工开物”,能够让制造业更具创造力、想象力。

2021峰瑞资本投资人年度峰会上,创业里的艰难被张浩千一带而过,你更多能够感受到的,是他在合成生物世界里自由驰骋的乐趣。合成生物学给他带来像拼积木一般的快乐,不停地创造, 持续地延展生命的各种可能性。

蓝晶微生物 是一家基于 合成生物技术,从事分子和材料创新的公司 。公司致力于设计、开发、制造和销售新型生物基分子和材料,创造最具有商业想象力的创新产品,包括生物可降解材料PHA、再生医学材料、美妆新功能成分、新型食品添加剂、工程益生菌等,从而帮助消费品、食品、医疗、农业和工业等众多行业的B端客户在行业内开展差异化竞争。

目前,公司已组建了一支由 机器人、软件开发、机械电气、大数据和合成生物学等不同领域资深科学家和工程师组成的跨学科团队 ,开发合成生物学研发平台SynBio_OS,现已部署柔性自动化实验平台(BlueArk)、超高通量发酵平台(AutoFarm)和智慧云端数据系统(CyberFarm)三部分。预计未来 3 年内,SynBio_OS 能够将蓝晶微生物的单个产品完整研发周期在现有基础上再缩短70%。

1月10日,蓝晶微生物宣布完B3轮融资, 至此B系列融资总额已达15亿人民币。 蓝晶微生物是峰瑞天使轮投资的企业,峰瑞资本连续7轮加持 ,就是因为看好合成生物,看好由生物技术带来的更绿色、更健康、功能更强大的产品。经过5年多的发展,蓝晶已成长为国内合成生物学赛道领跑者。

张浩千在峰会上分享了关于以下问题的见解:

  • 合成生物学是什么? 如何影响制造业, 怎样改变我们的生活?

  • 在新材料供需矛盾日益凸显的今天, 合成生物学能做什么?

  • 合成生物学的实验室和传统实验室有什么区别? 用什么方法提高研发效率?

  • 如何像拼积木一样,做出既 环保又有创新性 的产品?

希望能带来点启发,欢迎你在文末分享对合成生物学以及新材料的见解。留言最走心的3位,将获得 峰瑞2022年定制笔记本及《The Billion-Dollar Molecule(十亿美元分子——追寻完美药物)》这本书 。这本书讲述了免疫抑制化合物开发的历史。

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合成生物学是什么?

如何改变我们的生活?

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蓝晶微生物拿到峰瑞天使轮投资的时候, 刚好赶上峰瑞举办2017年CEO年会。当时,台上的大佬们“挥斥方遒”,我想着自己何年何月才能站在这个舞台上?差不多努力了5、6年,我站在了这里,非常感谢丰叔一路以来给我们的支持。

合成生物学这个学科比较“仙儿”,它“仙儿”在哪儿?

合成生物学其实是生物技术,但是它的产品不是医药,它的产品是新分子、新材料。而蓝晶微生物就是用合成生物技术来做新分子、新材料的一家企业。

在我眼里, 合成生物学是属于未来二十年的“天工开物”。 我想借用“天工开物”,来指代整个制造业。

我非常喜欢科技史。在科学史上,有一本李约瑟评价非常高的书:《天工开物》。这是一本集大成之作,记载了明朝中叶以前中国古代的各项技术。这些技术与制造业息息相关,比如机械、砖瓦、陶瓷、硫磺、造纸、纺织、染色、制盐等生产技术。

而且,这本书的写作思路也与中国传统文化不同。在中国传统文化里,人们不喜欢把话说得很精准,都是盐少许、油一勺。但这本书会精确地告诉你做一个设备,木尺需要多长、钉子需要多长。

中国的制造业非常厉害,但仍然有可以提升的地方。比如在石油、化工领域,在过去数十年间, 很少有新材料落地,而源头端缺乏创新,会限制整个制造业链条的发展。

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虽然PLA(聚乳酸)这样的新材料,从2000年左右逐渐规模化地落地应用,但它在拉伸性和可降解性上还不够好,我们会在下文详细展开。从生产原理上来看,PLA(聚乳酸)本质上是半生物半化工的产品,是由生物基合成单体之后,用化工来聚合。

传统石油化工领域,在显像的层面,环保问题突出一些,但更深层的问题在于, 传统石化领域的技术潜力已经被发掘干净, 越来越难满足新的需求。

大家肯定希望日子过得越来越好,比如希望可乐里面的糖换成代糖,想让手机拥有柔性屏幕,期待解决更多的不治之症……但目前新分子、新材料的供给是有限的。而这些关乎新分子、新材料还有新的物质生产方式的供需矛盾怎么解决?

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生物技术是一个非常好的带来工业化创新的解决机会。

首先,天然生物中有300万以上新的分子材料尚待发掘应用。

在上世纪60到90年代,一些欧美的大药企和科学家到世界各地收集各种奇奇怪怪的微生物,这些微生物天然能合成一些分子和药物。

收集到的微生物中,最典型的就属 雷帕霉素 ,这种免疫抑制剂是移植器官时的必用药。《The Billion-Dollar Molecule(十亿美元分子——追寻完美药物)》这本书讲述了免疫抑制化合物开发的历史。

但当时只是自然界offer你什么东西,你就接什么东西。你很难自己创造一个全新的分子。

所以,这里面提到300万种以上的微生物目前对于人类来讲,仍然是全新的、有待发掘的。在上世纪那一波挖掘之后, 如今我们拥有了更先进的基因工程、基因编辑技术,可以激活这些微生物里原来沉默的基因 ,合成原本不能合成的东西。这是一个新的方向。

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另外,生物本身的多样性远远超过化工产品所展现的多样性。

传统石油化学延伸出那么多材料,其实就是基于两类单体,一类是脂肪族化合物(比如烯烃),另一类是芳香族化合物。如今我们使用的复杂的化工产品,都是拿这两类分子,像积木一样拼出来的。

如此简单的两类分子,都能衍生出各种各样的材料、展现如此多的可能性, 生物本身的多样性以及产生的组合变化就更为可期。 直到今天,除了生物医药完全来自生物之外,7成的化药也都是来自于生物,或者是由生物合成的。

研究如何用生物去合成这些产品,所对应的学科就是合成生物学。 合成生物学涉及两大要素:一是 生物技术 本身,二是 自动化和数据科技 。在这两大要素的共同促进下,现在大多数常温常压下的有机物质,基本都可以拿生物来合成,其中的区别在于是否能实现生产经济性。

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先来看生物技术本身。 基因编辑、基因合成、基因测序,这些都是底层生物技术。过去十年间,人类对DNA进行读、写和编辑的技术发展速度,超过了摩尔定律,技术成本至少降低了1000倍。

再来看自动化和数据科技。 现在考验一个生物技术企业最核心的竞争力不是能否实现的问题,而是看谁能把通量做得更高,获得的数据质量更高,这需要借助自动化和数据科学。过去10年间,质谱仪(通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术)这类产品多数被大药企、大设备厂商所垄断。而现在很多创业公司自己能研发质谱仪器。此外,传感器也在助推合成生物学的发展。

合成生物学本身也在快速分化, 可大致分为 原料层、软/硬件层、应用层 。基本越往上,它的市场空间越大,越往下,它的价值链越越贴近底层。一般来说,企业至少专攻一层,头部企业会贯穿这三层。

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2020年5月,麦肯锡发布报告《The Bio Revolution: Innovations transforming economies, societies, and our lives》,报告预估:尽管充分发挥生物创新技术的效能,还有很长一段路要走,但生物技术将有机会替代全球60% 以上的物质生产方式。预计未来10到20年,在麦肯锡已统计的400余个应用场景里面,生物技术应用每年将直接带动4万亿美元的经济体量。

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蓝晶微生物是一个什么样的团队?

合成生物学这个领域很新。 2008年左右,这门学科才逐渐在国内兴起。

我和另外一位 联合创始人李腾 很早就认识,我们从本科开始就一直在研究合成生物学。我们都有 交叉学科背景 。我来自北大,李腾是清华的。我本科学生物、读博士时研究物理。李腾本科学生物、博士时专攻生物材料。

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2016年,我们创办了蓝晶微生物。现在团队里伙伴们覆盖了生物材料、自动化、软件开发这些交叉学科领域。基本上越靠近 产业链的上游,新锐越多。越靠近下游,老兵越多。 比如,团队里的生产总经理,曾在外企和国内的上市公司就职,有30年的生物发酵车间生产和工厂管理经验。

我和李腾原来在学术界就有比较好的connection,创业之后,我们跟国内大部分的科研院所都有非常深的合作,建立了联合实验室。

在蓝晶微生物创业早期的时候,经历了一些艰难的时光。就像丰叔曾经提到的,像蓝晶微生物这样涉及交叉学科的项目,鲜少有人能听懂我们想干什么,甚至都不知道由哪个方向的投资人来看项目。 感谢峰瑞以及北大、清华校友基金的支持,帮助我们度过非常艰难的时期。

2019年之后,我们发展得越来越好。我们自己做了管线,中试的数据非常好, 产品性能通过了多个世界500强企业客户的验证 ,并获得了多家企业的订单和意向订单。 公司的融资也走上了快车道 。1月10号,我们官宣了B3轮融资,B轮系列融资总额已达15亿人民币。

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合成生物学的实验室和传统实验室有什么区别?

如何提高研发的效率?

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在蓝晶微生物,研发合成生物学的实验室跟传统实验室区别是什么?

最大的区别在于,我们不是一上来就做生物的事, 而是花了很多精力先做好自动化和数据化。

在过去数十年的时间,传统的生物实验室其实没怎么改变过工作方式。你脑海里可能会想到,一个人站在实验台前,调配一堆瓶瓶罐罐。

但传统的工作方式带来一个非常严重的问题,比如研究同一种癌症靶点的两个实验室,除了研究的靶点相通,在其他的地方机会没有任何相似之处。两个实验室分别产生的数据,不具备能够“头对头”比较的可能。

因为这两个实验室在方法上可能有无数的差异。用IT领域的话来讲, 基于手工操作的实验室,缺乏标准化、结构化的数据。 每个人都会按照自己的理解去做操作,相互之间就很难参考对照。

如果用机器人这样的自动化设备做实验,不光解决了通量的问题,提高了研发效率,实验所积累的过程数据都是结构化的,数据质量非常高。

▲ 蓝晶微生物的柔性自动化实验平台

建立实验室时,我们把机械臂、数据流、工作流管理系统等等搭建好之后,再用一个自动化与数据化基础设施SynBio_OS, 把产品从实验室到工厂涉及的环节都整合起来, 包括分子结构设计、微生物菌株开发、小试与中试生产、材料改性加工等环节。这其中涵盖了 合成生物学、酶工程、发酵工程、材料科学各方面 的技术。

SynBio_OS可以同时运转好几个项目,从做酶、培养菌株到发酵,都是机器人这样的自动化设备来完成的,因为便于装传感器收集数据。人在其中做一些物料传递的工作,还有自动化设备智力上的一些设计。

我们大致测算过,合成生物学研发平台 SynBio_OS 能够将一个产品的完整研发周期在现有基础上再缩短70% 。比如,维护管理300个发酵罐以往大概需要50个人力,而借助蓝晶微生物的超高通量发酵平台,只需要5位工作人员。

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如何像拼积木一样,做出既环保又有创新性的产品?

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蓝晶微生物这个平台所能辐射的应用场景是比较宽泛的, 我们可以赋能很多价值链上下游的合作伙伴。 我们输出的是产品,但会跟客户合作去做解决方案。每个分子、每种材料都是一门新的生意,客户在这个行业深耕多年,积累了很多值得我们学习的knowhow。

服务客户的过程中,蓝晶微生物积累了一些产品落地的经验,后来我们自己做产品的时候,就选了一些比较有意思的创新产品。

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以全生物可降解塑料PHA(聚羟基脂肪酸酯,polyhydroxyalkanoates)这个产品为例。 PHA是目前唯一一种在所有自然环境中都能自发降解的塑料。PHA的降解周期小于6个月,在所有自然环境中都完全降解为水和二氧化碳。PHA微球可用于医美领域,具有 良好的生物相容性 ,也可用于 载药 。但挑战在于,它的生产成本很高。

现在有些消费品牌会用 聚乳酸(PLA) 来做吸管。PLA材质比较硬,做吸管已经有点勉强,做膜类的包装就更难了。

跟PHA相比,PLA并不能完全自发降解。根据《新周刊》的报道:“2014年,中南林业科技大学模拟自然土壤,进行PLA塑料的填埋降解试验。其质量在12个月之后,只是损失了0.23%。2017年,德国迈洛伊特大学经过400天的试验,将PLA放置于海水和淡水里,最后只有约0.5%质量损失。”

很多大的消费品牌,尤其像欧美的消费品牌,明确表示不会用聚乳酸做消费品的包装材料。2021年,美国费城官方网站发布消息,从2021年7月1日正式“禁塑”,包括PLA等所有吹膜类生物降解膜袋。

但PHA把降解和拉伸性这两个问题都解决得很好。 PHA这类化合物无法用化学方法来合成,只能用生物的方式来合成。而我们想要这种特定类型的PHA分子,连天然生物都无法合成,必须对天然微生物的代谢通路进行设计才能实现。这种聚合物6个月之内就能自发降解,并且它的拉伸性非常好,适合给消费品做包装。

我们做软硬不同的两类的PHA材料。 这两种类型的材料跟传统的聚乙烯、聚丙烯性能非常类似,对应得很好。软材料的比较适合做包装,硬的材料适合做杯子、纸吸管。比如,在纸杯里面加上PHA涂层可以用来隔水。我们还把PHA做成发泡材料,用在运动鞋上。

我们把这些材料的性能跟国外的竞品头对头比较过,性能几乎完全一致。

除了产品本身, 蓝晶微生物正在建设工厂。 2022年1月1日,蓝晶微生物首个产品管线——生物可降解材料PHA的年产25,000吨“超级工厂”,在江苏省盐城市滨海县正式开工建设。为什么我们选在盐城?

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▲ 蓝晶微生物PHA产业化项目一期工程规划示意图

生产PHA的原料是大宗原料,主要产地在东南亚,需要进口。因此我们的工厂肯定要靠近港口。另外,盐城是中国“海上风电第一城”,拥有全省70%风电、50%光伏资源。我们选择建工厂的园区主要是使用海上风力发电。 我们希望PHA作为一个主打ESG的材料 ,不光降解性能好,未来在生产过程的碳排放上,也能比传统的石化产品聚乙烯降低30%、40%,实现“生物合成+清洁能源”的理念。

除了中国, 我们也在积极拓展海外市场, 已经跟东南亚、欧洲、日本这些区域的头部PHA经销商建立了合作。1月12日,我们宣布与荷兰Helian Polymers公司展开战略合作。Helian Polymers是欧洲地区市场占有率最大的PHA分销商。

生物合成的过程,是把很多小的分子像积木一样,一步一步拼成现在的分子。 这些积木在合成不同的化合物、合成不同材料的过程中,是可以来回复用的。乙酰辅酶A、丙二酰辅酶A这些都是“积木”,用不同的方式组合,可以得到不同的分子材料。这也是为什么合成生物技术平台 之所以能有延伸性、有意思的地方。

除了PHA产品之外,我们还和国内一家医药公司合作,生产了用于医美注射的产品。无论是在合成生物层面,还是工艺、剂型、配方、各种物理化学的测试,我们都下了很多功夫,拿出的数据也很扎实。

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业界经常会讲到一个事实:一桶石油,其中83%的物质用来做燃料,对应的能源产业的全球市场规模大约3万亿美元。剩下的17%,用来做各式各样的衍生产品,对应的全球市场规模大约在4万亿美元,创造了与占比83%的物质,几乎相同体量的市场。

目前为止,关于如何创造新的物质、如何形成新的生产方式,业界还没有很好的解决方案。蓝晶微生物希望能和行业里的伙伴一起在这个方向努力,实现工业与自然的融合,这是我们的愿景。

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