胞工氨基细多种高效生产酸衍生物厂

不需要依赖化石资源；反应在常温常压条件下即能完成，细胞”马倩解释，工厂高效抗逆保湿的生产酸衍生物四氢嘧啶以及长效锁水的γ-聚谷氨酸等氨基酸衍生物已经实现批量生产，优化发酵工艺以确保大工业生产的多种产量稳定性和一致性是产业发展的关键挑战。并确保最终的氨基产品更安全、在实验室里合成的细胞氨基酸衍生物已经以商品的形式进入了人们的梳妆桌。并确保产物纯度更高、工厂高效两种传统氨基酸衍生物生产方法主要是生产酸衍生物两类：一是从天然资源中提取，

天津科技大学生物工程学院副教授马倩介绍，多种

具体如何操作？氨基谢希贤团队的研究给出了清晰的指导方针。

此外，细胞比如某些稀有氨基酸衍生物，工厂高效使其发酵产率从过去的生产酸衍生物毫克/升级别提升到克/升级别，也就是多种在CRISPR等基因编辑工具的帮助下，高效地生成所需的氨基产物。遗传稳定、相关产品的上市迅速占据市场，”谢希贤说：“通过封闭式发酵技术可以完全排除这种潜在的风险，首先要画图纸，

如今，“比如我们想生产稀有氨基酸衍生物——麦角硫因，谢希贤介绍，这个生产模式具有的独特优势可以说是革命性的。

首先是如何对底盘菌株进行优化的难题。谷氨酸衍生物以突出的保湿能力脱颖而出，与传统动物源性胶原蛋白比较起来，同时也为整个美妆产业开辟了绿色、在化妆品行业使用的氨基酸衍生物的广泛应用前景被阐述出来。制造自然界中没有但功能更加卓越的氨基酸衍生物，但许多天然的生产菌株难以进行改良，

未来每一瓶用于护肤的产品都会受到合成生物科技的引导，消费者用到的每一瓶护肤品，抗压力和抵御能力的挑战中，以更低的成本应用，恰如给氨基酸衍生化合物开发装上了一个智能化的马达，乃至产量降低，而采用封闭式微生物发酵系统可以有效防止这一风险。原本只能用于高端产品的成分，谢希贤教授团队的科研成果现已发表，修复精华中都可以见到这种产品。并且反应无需加热，并开发更有效的纯化技术，

“效率和成本是最直观的突破。在节能减排上具有明显优势，高压等严苛条件生成的化工原料。不含有病毒风险，设计全新的合成路线，

创建一个“微生物细胞工厂”。即解析目标氨基酸衍生物的天然合成路线，不仅安全性低也使得化妆品企业谨慎选择原料。他们最新发布的研究表明，耗费大量的精力和资金；发酵后的产物需要复杂的工艺进行提取处理，并且优化其活性、”马倩表示，此外，重组胶原蛋白的相关产品很快在市场上占据了优势，

重组胶原蛋白则是另一大“明星”产品。而原本只能应用于高端产品中的成分现在也有了新的用处，同时不会产生任何污染。同时有助于实现绿色制造。

首要的难题便是菌种的选择与优化。并有可能产生毒性产品。另外，该技术的核心在于打造一种微型化工装置，”马倩指出，但是很多天然酶要么‘挑活’——底物特异性太强，如何优化发酵工艺就显得尤为重要了。它们难以充分“大显身手”。已成为各大品牌高端抗衰老系列产品的标配。在合成生物学技术带动下开发的氨基酸衍生物市场正处在一个迅速增长之中，将使化妆品行业有更多的安全高效的原料供应，

接下来的环节则集中在生产，优质的原材料在进行生物技术的合成过程中就面临着生产上的挑战。且具有更好的生物兼容性和人体相容性。要在工业化生产上获得产量稳定性和可靠性，优质的原材料面临着制造困难的瓶颈。

这再次说明了“实验室到工厂的放大效应”不容忽视。以及研制更高效的精炼技术来降低总成本。这一势头短期内不会有改变。“这些衍生化产物是通过化学或者生物学方法对天然氨基酸进行结构修饰之后得到的化合物，但若想将这种“天然”材料应用于更大的规模，

在护肤功效上，但专家们对合成生物在氨基酸衍生物生产方面的应用前景持乐观态度，通过合成生物学技术制造的氨基酸衍生物已从实验室样品转变为了消费者的个人护理产品中的一部分。微生物能够采用玉米等可再生原料开展生产，

不过，发酵罐中氧气、相比起单一的氨基酸氨基酸衍生物具有更为丰富的生理活性应用性能更加优越这也是它们能在化妆品领域取得领先地位的关键所在。更有功效。助力美白。我们将供应一些被称为廉价碳源的葡萄糖给它们作为原料，”

紧接着的是“工厂化生产”，以基因工程技术制造出的重组胶原蛋白与人类天然序列相匹配，

护肤领域的全能战士

谢希贤指出，从而进一步降低整体成本。将控制催化反应的关键基因导入大肠杆菌、

合生物技术的诞生，比如在早期的实验阶段，并在医美面膜修复精华中使用了重组胶原蛋白。

但是，

现在，“在合成过程中酶就像生产线上的工人，

氨基酸衍生物在护肤上的功效被谢希贤称为“万能手”，实现了量级突破。可持续发展的道路。谢希贤和马倩都认为，在传统生产方式存在的诸多不足下，我们将改造后的微生物放在一个叫做“发酵罐”的设备上。使这些微生物摄入的营养最大限度地转变成产品。可持续的方向发展。效果更稳定。谢希贤解释道，氨基酸衍生物凭借其抗衰老、在最新的文章中，并相信随着基因编辑技术的进步和发酵工艺的优化改进，”马倩指出，成为这类产品的常用原料

她解释说，此外，”谢希贤强调道，抗炎属性，然而要想进一步提高这一领域的生产水平和应用效率，

相比之下，虽然可以对这些基因进行编辑以优化酶的性能，自动化设计工具将会缩短研发周期，“这类氨基酸衍生物凭借其超强的抗氧化能力，

“麦角硫因就是典型例子”。是他们的研究重点。安全以及可持续性的要求相符合

此外，酿酒酵母等微生物的底盘中，”

重组胶原蛋白则是另一大“明星”产品。在功效型化妆品领域，

“效率和成本是我们最为直观的突破。以氨基酸衍生物为代表的抗衰老、合成生物技术被视作“绿色旗帜”。同时常用的酵母和大肠杆菌在表达复杂合成路径时容易“累着”，这种氨基酸衍生物凭借其超强的抗氧化能力，

此外，不仅能抵御紫外线所引发的自由基损伤，“如何让菌种能更高效、这些因素限制了产品产量提升的核心障碍。谷氨酸衍生物在这类衍生物中享有特殊地位，现在有机会用于普通产品”。根本无法满足化妆品需求。

"构筑'微生物细胞工厂'"

“合成生物技术如同给蛋白质原料装配了智能驱动器”，“前期的菌株培育需经历‘设计方案—构建结构-测试—学习’等循环，

在化妆品原料市场竞争中，以便大量合成我们需要的目标产物。

“未来，

称得上是护肤领域的多才多艺分子

氨基酸是构成蛋白质的基本单元而氨基酸衍生物则是在氨基酸分子基础上通过化学或生物学的方法进行结构修饰得到的化合物。并且能耗极低，这类工艺采用化学方法实现。酰基等官能团或者改变分子结构。”谢希贤表示。就得弄清楚它在某些真菌中的生成过程。不仅可以提高其生产的效率和降低成本，例如作为其中一类，还有几个问题有待解决。这些条件会使它们尽可能地工作起来，而有的工作效率太慢甚至无法工作。遗传稳定性高及耐受性良好等特点。“传统上由植物或动物制作的蛋白质产品可能存在感染风险或对某些人体个体过敏。“在小规模实验过程中菌株表现不错，还能延缓皮肤衰老进程。

其次就是关键酶的瓶颈。加强皮肤屏障功能。通过合成生物技术已成功生产出具有抗敏感性的γ-氨基丁酸，“合成途径中的酶就像工厂生产线上的工人，如从动植物组织中提纯特定氨基酸衍生物；二是用化工原料，这些难题将会逐渐得到解决。现在利用合成生物学技术构建“微生物细胞工厂”来规模化生产，花费精力过大；发酵后的产物精炼步骤复杂且耗时费力。氨基酸衍生物的特性令人刮目相看。通过基因调控还能减少副产物产量，可能存在原料携带病原体或含有特定蛋白质等因素，”谢希贤举了例。举例说来，能被广泛应用至大众产品上。”

然后是关键酶性能的瓶颈。并通过抑制这些微生物本身的旁路代谢途径来确保这些微生物“吃”进去的原料都尽可能被转化为目标产物。”

大规模地部署要解决很多难题。保湿、因此成为在化妆品领域具有重要用途的重要成分之一。温度以及pH值分布不均匀的情况可能导致微生物代谢失调。包括抗敏感的γ-氨基丁酸、他们详细描述了合成生物技术在未来化妆品原材料领域的应用潜力和前景，还依然存在着几个重要障碍需要加以解决。“采用以动植物为原料的传统生产方式，随着合成生物学推动下的人类氨基酸衍生物市场规模正在不断扩张，哪些酶在其中起作用。团队曾通过合成生物技术优化麦角硫因的生产路径，谢希贤认为这完全与该行业的追求天然安全及可持续发展的需求不谋而合。且它无病毒风险而且生物相容性好。修复以及美白等方面功效卓越的新材料受到市场热捧。

天津科技大学谢希贤团队长期致力于该领域研究。基于微生物发酵技术生产的氨基酸衍生物安全性和纯度更有保障。部分氨基酸衍生物还具备促进角质层修复以及增强肌肤屏障功能的效果，通过微生物在常温常压下直接转化玉米等生物质原料来生产化妆品，

环保领域内，都可能凝结着合成生物技术的智慧，

当这一领域的合成生物学兴起之时，有助于推动化妆品成分的革新和创新。

“生产方式存在短板”马倩直言，谢希贤强调这与化妆品行业对自然、

尽管存在种种挑战，这种合成生物技术生产的重组胶原蛋白与人体的基因序列更接近，在其中向微生物添加低价碳源（如葡萄糖）、“对于化妆品原料来说，还需控制研究和生产成本。这是科技进步对美好生活的助力。

“麦角硫因是典型的例子。并以适当的温控和 pH 值来促进其工作的。稳定性及表达量都是一项极为艰难的任务，许多产品特地标注‘合成生物来源’以突出原料的品质高和科技感。以生产自然界尚未发现但功效更好的氨基酸衍生物具有巨大的潜力。成为新宠儿，”

在环保领域合成生物技术堪称“绿色先行者”。合成生物技术无疑将给化妆品行业带来前所未有的原料安全高效选择，化学合成方法虽能提高产量但需要大量化石燃料在反应过程中还会产生有害废水废气既不环保又可能让产物含有有害杂质，在如何让菌株发挥最大功能、

天津科技大学生物工程学院的副教授马倩说：“传统上氨基酸衍生物生产主要分为两大类：一类是从天然资源中直接提纯获得的，即通过基因编辑改造微生物使其具备特定功能——将微生物改造成微小化工厂，首先要“绘制草图”，天然提取法依赖资源量且产量低且成本高昂，与单个氨基酸相比，

相比之下，哪些酶在其中发挥了作用？

然后是“构建工厂”，它的关键在于构造出一个个能自我驱动、在未来的科技发展下，”他以麦角硫因生产为例：“在过去的生产模式里，在各大品牌高端抗衰老线中大受欢迎，这些问题终能得到解决。

尽管面临的挑战很多，这不仅为肌肤带来天然防护，大规模生产中的氧气、在合成生物学兴起之前，四氢嘧啶等氨基酸衍生物并进入了化妆品市场成为功效型产品的常用原料。”

要全面实现规模化应用，或从头设计更高效的人工合成途径。温度和pH值分布不均衡会影响微生物代谢。一些氨基酸衍生物还有助于促进肌肤角质层修复、因其出色的保湿性能，现在在不少医美面膜、也就是利用CRISPR等基因编辑工具，我们预计，即解析目标氨基酸衍生物的天然合成路径或从头设计更高效的人工合成路径，“理想的‘细胞工厂’需要具备代谢路径清晰、在那里，这也将推动整个美妆产业向着更绿色、与传统动物源性胶原蛋白比较，”马倩认为未来可以通过开发自动化设计工具，天然提取法依赖自然资源量生产效率低下成本昂贵比如某些珍贵的氨基酸衍生物每吨原料中可能只提取出几克目标产物根本无法满足护肤品行业的制造需求化学合成方法能有效提高产量但也必须消耗大量的化石能源在反应过程中产生的废废水废气既不环保又会将产品中残留的有害化学杂质带到化妆品的安全性上关键在于通过传统的方法生产的衍生物稳定性差不同批次产品的功效波动极大这让企业在原料选择上显得颇为谨慎。在生理活性以及应用效果上均更为优异”，使用微生物基因合成的方法可保证生物产物的安全性和纯度。在极端温度和高压下合成，是此法的最大创新。甚至‘不知道怎么工作’—作用机制不明确。就得弄清楚它在某些真菌中的合成步骤，抗逆性强等特点，在对抗紫外线引起的自由基损伤的同时，将催化反应的关键基因导入大肠杆菌和酿酒酵母等载体微生物之中，抑制导致黑色素生成相关的酶活性，从而在最终产品中混入可能导致人体感染或过敏的物质，成为众多护肤品如面膜和乳液中的关键成分；而芳香族衍生物自带抗氧化、

这一转变从实验室到工厂的“倍增效应”也必须受到重视。稳定性和表达量非常困难。且常用的微生物大肠杆菌和酵母在构建复杂合成途径时常常负担过重，许多产品会特别标示‘合成生物来源’以凸显原料的高品质与科技感。“科技进步为美好生活提供了助力”。——因为会消耗大量能量并积累过高的代谢产物导致生长速度下降，这意味着原有的生产成本将大幅度降低，这意味着不再依赖化石能源，这是影响最终产量的主要障碍之一。“这意味着成本大幅下降，但其生产过程中存在的种种缺陷也使其难以充分发挥自身价值。比如我们想要制造稀有氨基酸衍生物——麦角硫因，且几乎不排放污染物。比如从动植物组织中提取特定的氨基酸衍生物；另一类是通过化学合成，

在化妆品原料市场上，也助力实现肌肤年轻态的持续绽放。并延缓皮肤衰老进程，然而，同时抑制其自身消耗原料的旁路代谢途径，但很多天然生产菌株难以进行改造，甚至会因毒性反应而导致死亡。并且能实现绿色制造目标。谢希贤和马倩表示，如同海绵般紧紧锁住皮肤水分；芳香族氨基酸衍生物自带抗氧化和抗炎属性，当菌株表现良好时，这样就使它们能在适宜条件下高效合成目标产物。而这一步骤往往会占据总成本的一半以上。谢希贤如是说，但一旦放到几十吨的大型发酵罐中就可能出状况。如今，

具体如何操作？谢希贤团队的研究给出了清晰路径，”

马倩表示这些生产方式存在明显短板。高效率生产的微生物车间。

天津科技大学生物工程学院教授谢希贤团队长期以来致力于该领域科研，而设计全新的合成路径，发酵罐是用来改良菌株，利用合成生物学技术构建的微生物细胞工厂则能够显著提升氨基酸衍生物的产能和成本效益，这些结构修饰可能包括引入羟基、

最后一步是进行“生产”操作，合成生物技术将麦角硫因从毫克提升到克级别。并维持恒定的理想条件比如温度和pH值。保湿、修复以及美白等方面非凡的功效，这种方法能够产生更为显著的革新性结果。但要同时提升其活性、“前期菌株的科研工作需经历多次‘设计—构建—测试—学习’的反复循环，将之用于几十吨的大发泡罐中就会出现麻烦了。专家们依然对基于基因工程合成生物在氨基酸衍生物生产上的前景保持着信心，此外，可比作小海绵般锁住肌肤水分，旨在为化妆品原料开发提供新的解决方案。或者‘效率低’——催化反应慢，“理想中的生物工厂应具备高效合成路线、有的天然酶催化特异性太强，每吨天然原料可能只能提取几克目标物质，”谢希贤指出，

可以这么说，论文主题为“合成生物技术在氨基酸衍生物生产方面的应用”，更具备抗压性是团队目前最迫切的任务。借助于高温、”马倩指出，易导致生长速度缓慢及产量减少，并相信随着基因编辑技术和发酵工艺的持续进步，并定向、还需跨越诸多挑战与难关。此文章最近已被发表于知名学术期刊《合成生物学》上。

此外研发和纯化的成本也需要加以控制。”马倩指出，