D1698篇日记：花满兮今天整理2段分享，第1部分是江南大学原校长、中国工程院院士陈坚发表《合成生物学驱动化妆品原料的生物制造》的主题分享与思考。
文尾第2部分对话分享主题，《以合成生物学创业小团队的视角，一个合成生物学的成功，到底会遇到哪些困难》？
以及我们长三角合成生物学会-成果转化CEO组织，立足杭州根据地，聚集一大批擅长做功效性食品/化妆品品牌管理的阿里系CEO们，我们也在向上游寻找新原料与院士成果转化朋友圈结合起来孵功效性产品品牌项目，希望我们的思考能与各位合成生物专家的科研能力结合起来产生经济效益。
先谈5个化妆品原料例子，让大家更多了解“发酵工程”，尤其是合成生物学工具的应用。
2021年，透明质酸（玻尿酸）的全球销售额大概是85亿美元，不同的分子量的透明质酸有不同的功效。
例如，超高分子量的（＞300万 Da）能填充和润滑关节，高分子量的（100万-300万 Da）能保湿和增稠，中分子量的（10万-100万 Da）能持久保湿、皮肤屏障，低分子量的（＜10万 Da）深层保湿、抗炎、修复，透明质酸寡聚糖（＜1万 Da）能促进伤口愈合、肠胃修复、抗氧化。
1、透明质酸，又称玻尿酸，分子式是(C14H21NO11)n，是D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺组成的双糖单位糖胺聚糖。透明质酸是一种酸性粘多糖，1934年美国哥伦比亚大学眼科教授Meyer等首先从牛眼玻璃体中分离出该物质。
透明质酸以其独特的分子结构和理化性质在机体内显示出多种重要的生理功能，如润滑关节，调节血管壁的通透性，调节蛋白质，水电解质扩散及运转，促进创伤愈合等。
具有较高临床价值的生化药物，广泛应用于各类眼科手术，如晶体植入、角膜移植和抗青光眼手术等。还可用于治疗关节炎和加速伤口愈合。将其用于化妆品中，能起到独特的保护皮肤作用，可保持皮肤滋润光滑、细腻柔嫩、富有弹性，具有防皱、抗皱、美容保健和恢复皮肤生理功能的作用
2、道尔顿（Dalton），符号Dal、Da或D，分子量常用单位，是将分子中所有原子按个数求原子量的代数和。在生物化学、分子生物学和蛋白组学中经常用D或KD，蛋白质是大分子，所以常用kDa（千道尔顿）来表示。)
目前，我的团队进行的研究工作，第一个是中高分子量透明质酸的发酵功能技术，包括微生物的选育，发酵过程的优化。
我们要不断地进行一些条件的控制，最终实现工业化生产。
以前我们会采用一些物理、化学或传统的酶法进行生产，它的问题就是分子量不可控、分布比较广、影响性能。
我们从水质里获得酶的基因，转到酵母里去，让它分泌表达得到酶。
用酶水解大分子量的透明质酸，这个水解是可控的，用以制备特定分子量，可以生产不同分子量的透明质酸，最低的可以达到800 Da。
（花满兮：“水质酶底物法”，该方法的原理是将水样加入含有特定底物的溶液中，底物会通过特定酶的作用被催化而转化为产物，通过测定产物的浓度,可以间接得出水样中特定酶的活性含量。）
首先，我们在理论上进行研究，通过技术的改进，可以使得小分子量透明质酸与发酵法生产达到每升74克的生产量，分子量大概5万Da。
不仅如此，我们对整个糖胺聚糖分子量进行调控—通过积累、发酵、切割，实现糖酶改造和透明质酸分子量的全覆盖。
既能生产出超高分子量（500万 Da），也可以得到很低的分子量（750-800 Da）。
硫酸软骨素，具有保湿、抑菌、抗炎等功效，常用在抗衰老的功效性化妆品中。
传统来源是从动物组织里进行提取，它的问题是原料受限制、交叉感染、组分比较复杂、均匀性比较差、分子量比较难控制。
我们是最早在国际上直接生产硫酸软骨素的团队，采用微生物发酵直接生产。
它能够实现磺酸化修饰、精准、可控、分子量均匀完整。
2、然后是分子鉴定，确定产生的物质是哪种硫酸软骨素；
（花满兮：硫酸软骨素（CS），是共价连接在蛋白质上形成蛋白聚糖的一类糖胺聚糖。主要来源“鲨鱼、牛、猪、鸡的软骨"，硫酸软骨素广泛分布于动物组织的细胞外基质和细胞表面，糖链由交替的葡萄糖醛酸和N-乙酰半乳糖胺聚合而成，通过一个似糖链接区连接到核心蛋白的丝氨酸残基上。）
四氢嘧啶，其功效是保护生物大分子、保持皮肤的湿润、抗衰老、防晒、适应极端环境等。
我们科研团队的主要工作：
1、一是对微生物的合成途径进行重构，也是对微生物细胞工厂进行改造；
2、二是通过途径关键基因鉴定及组合强化拉动代谢流，使它的产量更高；
3、三是采用新技术，如分批补料等进行高效发酵生产。
发酵生产：比如葡萄糖为唯一碳源，不需要氨基酸添加，稳定性比较好。
（花满兮：依克多因的学名"四氢嘧啶(四氢甲基嘧啶羧酸)"。1985年，Professor Galinski 在埃及沙漠发现了沙漠嗜盐菌在高温、干燥、强UV照射、高盐度环境下，会在细胞外层生成一种天然保护成分——依克多因（Ectoin），从而开启自我修护功能；
除沙漠外、在盐碱地、盐湖、海水中也有发现该菌类,可赋予多种故事性。依克多因(Ectoin)来源于高嗜盐菌（Halomonas Elongata），故也把依克多因称“耐盐菌萃取液”。
在高盐、高温、高紫外线辐射的极端条件下，依克多因使嗜盐菌免受伤害。研究表明，依克多因同样对皮肤有修复保护作用，是高档化妆品采用的生物工程制剂之一。）
是动物结缔组织里分布最广的功能性蛋白，以纤维胶原为主，化妆品主要应用于护肤品面膜等。
我们通过生物技术获得性能优良、产品稳定的重组人胶原蛋白，生物效用性更好。
我们团队工作是把从动物提取途径→转到微生物发酵生产。
基于性能优良的胶原蛋白序列特征，在人源胶原蛋白序列库中挖掘潜在序列进行重组表达，实现了三条新人源胶原蛋白序列在微生物中的功能表达。
而人源重组胶原蛋白结构功能改进，是针对人源重组胶原蛋白的构效关系，对胶原蛋白序列进行了改进，
并用于制备胶原蛋白海绵、胶原蛋白膜和胶原蛋白水解肽，优化其在化妆品和食品中的特定应用特性。
重组人源化胶原蛋白是基于人体皮肤Ⅲ型胶原蛋白的原始基因序列，优化选择其中水溶性强、生物活性高的部分进行密码子优化和拼接重组，得到了全新的重组人源化Ⅲ型胶原蛋白序列，利用生物发酵技术实现可规模化生产，通过实验证实此胶原蛋白表达量大，水溶性好，生物活性高，其性能优于人天然胶原蛋白，在生物医用材料、美容化妆品、食品保健等领域有着大的应用前景。
重组人胶原蛋白是指由DNA重组技术制备的人胶原蛋白特定型别基因编码的全长氨基酸序列、且具有三螺旋结构的重组胶原蛋白材料。
胶原蛋白是生物高分子，动物结缔组织中的主要成分，也是哺乳动物体内含量最多、分布最广的功能性蛋白，占蛋白质总量的25%～30%，某些生物体甚至高达80%以上。
胶原蛋白是人体最丰富的蛋白质之一。
已经证明胶原蛋白水解物具有显著生物活性，如抗氧化特性，抗高血压活性，降脂活性，以及修复受损皮肤性质。胶原蛋白在皮肤中具有双重作用：提供弹性蛋白和胶原蛋白形成的构建模块，充当配体或结合成纤维细胞受体刺激合成透明质酸。
胶原蛋白种类较多，常见类型为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅴ型和Ⅺ型。
在正常皮肤组织中，胶原主要以I、III型胶原纤维的形式存在。
I型胶原和Ⅲ型胶原与皮肤损伤修复过程和修复质量紧密相关。正常胎儿皮肤Ⅲ型胶原占 60%，随着生长发育，Ⅲ型胶原不断减少，I型胶原不断增加。成人皮肤胶原组成为 I型占80%，Ⅲ型占20%。
胎儿无瘢痕愈合机制是由于胎儿较强的Ⅲ型胶原的合成能力。
重组人源化胶原蛋白基础结构跟人体一模一样的，同时在此基础上进行优化，提高胶原蛋白的亲水性以及活性。
含有大量的的亲水性基因，具有良好的成膜性，保持皮肤角质层水分。同时,它的趋向性引导作用可引导上皮细胞快速进入受损部位，有效提高皮肤再生速度，缩短创伤愈合时间，从而恢复皮肤屏障功能。
部分引用百度百科）
上述4个例子都是从动物生产转到微生物，白藜芦醇则是从植物提取转到微生物。
我们采用生物技术，将原来动物提取或者植物提取物转到微生物里生产。
白藜芦醇是一类多酚类化合物，原来存在于葡萄、花生和一些中草药中，具有抗肿瘤、抗衰老的一些作用，在化妆品中的作用是抗氧化，减少黑色素的形成，激活多种转入因子的活性，延长细胞的生命周期，减少一些炎症反应。现在它已经在一些洗面奶、手霜里进行应用。
我们对它的主要研究，首先是构建微生物细胞，再进一步进行发酵。实际上就是两大要素：细胞在生物技术里相当于它的芯片，把细胞建好，然后把细胞放到反应器里进一步生产。
（花满兮：白藜芦醇，是一种非黄酮类多酚有机化合物，是许多植物受到刺激时产生的一种抗毒素，化学式为C14H12O3。可在葡萄叶及葡萄皮中合成，是葡萄酒和葡萄汁中的生物活性成分。
体外实验及动物实验表明，白藜芦醇有抗氧化、抗炎、抗癌及心血管保护等作用。
原国家食品药品监督管理总局发布的《已使用化妆品原料名称目录（2015版）》将白藜芦醇列入该目录，序号为01152。
对白藜芦醇最初的认识仅限于其能提高植物抵抗病原性攻击和环境恶化条件下的植物抗毒素功能，直到1992年人们发现葡萄酒能够预防心血管疾病是由于含有白黎芦醇，引起了世界各国学者的关注。
对白藜芦醇的研究成为药物研究的热点，并发现其具有免疫调节、抗衰老、预防心脑血管疾病和神经退行性疾病发生、预防肿瘤形成、抗炎、抗微生物、抗病毒等多样的生物学功能。白藜芦醇也作为膳食补充剂用于人体保健和疾病的预防。
白藜芦醇口服后在肝脏代谢，生物利用度仅为1%，限制了应用。以白藜芦醇为先导化合物，对开展的化学合成、结构修饰及其衍生物制备也成为研究的热点，获得了大量白藜芦醇结构类似物，并实现了白藜芦醇工业化生产。）
以上5种都属于生物制造技术相关的化妆品原料（组分）。香精香料没有包含其中。
它们都可以用生物技术方法生产，有部分已产业化，有部分正在产业化，还有部分正在实验室开发、产业化的路上。
再进一步说品牌，用二列酵母发酵产物、酵母提取物、酵母发酵滤液等，都是生物制造的东西，只不过用了不同的名称。
生物制造化妆品具有天然属性，安全性比较好，可获得一些独特的功效，特别受青睐。
来源于动物植物的化妆品原料，有许多具有比较复杂的分子结构，所以天然植物提取方法存在的问题是含量低、植物收获导致的季节性、不可控制的农药和重金属、农药残留污染。
而化学合成法的合成路径长、条件复杂、产品得率低、环境污染大。
高成本限制了很多化妆品原材料的开发，所以生物制造是必然的趋势。
陈坚院士：
总体来说，生物制造化妆品一般是用一些生物质原料或者中间体，通过在反应器当中（发酵罐），通过微生物细胞或者酶把它转化成各种化妆品原料，甚至有些直接作为产品。
第三步是发酵，包括反应器、控制系统，要保证微生物在最佳、最适合它的条件下生长和代谢；
第四步是产品的分离提取，不同的产品可能有不同的分离方法。
第一是生产菌种的改造，方法包括传统的诱变育种、现在的代谢工程、合成生物学和定向净化等。
第二是发酵/酶转化过程优化与控制，让微生物生长、产生我们所需要的产物，并处在一个最佳的条件下。此外，还要考虑怎么把它从发酵液里提取分离出来。
2、高效的表达系统开发与发酵优化，首先要高效地在细胞里表达出来，然后发酵获得新酶；
3、酶的转化和应用，很多化妆品里都是用各种短肽，而很多肽就是用酶法转化的，有很多功能。
从工业的角度看，发酵有三个问题，分别是产量、效率、强度。
它们的核心涉及到细胞工厂的构建，而构建最重要的就是用现代的合成生物学技术构建细胞。
生物科学里有很多研究的方法论，过去的很多都是按照还原论的思想。
但是，合成生物学是按照整体论的哲学，从局部的设计组装到整体，强调系统优化，整体大于局部之和。
当然，它有基础。正如一位诺贝尔奖获得者所说：如果说你真正了解汽车，你把它造出来是最好的了解，你做的过程中就必须全部了解。
我们现在认为合成生物学是新的生命科学的前沿，它主要是从理解生命规律到设计生命体系。
在生物技术里有几个很重要的内容，比如DNA双螺旋结构、中心法则、分子生物学及系统生物学，现在开始是合成生物学。
一是基因编辑技术，实现从单基因到多基因的边界，获得了诺贝尔奖。
二是人工合成基因组，它实际上是用工程化设计理念，对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成，以揭示生命规律和构筑新一代生物工程体系。
自2010年以后，出于三个方面的原因合成生物学爆发：
三是，生物信息学的高速发展及AI的应用，人工智能预测蛋白质的结构预测得准确，已经达到2亿个。
以青蒿素为例，屠呦呦女士从青蒿里将青蒿素提取出来，获得诺贝尔奖，这是过去的研究。
实际上，从2013年开始，美国和法国的科学家就把青蒿里产生的基因确定出来以后，转到酵母、微生物里去进行发酵生产，发酵生产青蒿酸，再进一步产生化学反应。
100立方的发酵罐产生的青蒿素相当于5万亩种植产量，这是它的颠覆性。
在化妆品原料的细胞工厂构建合成生物学技术，有三个重要应用方向：
最后，我以《Nature Biotechnology》于2022年5月16发布的一篇文章的观点作为结束语，它的题目也是“化妆品：生物技术优于天然”。
第二，开发其他生物技术产品通常需要十年甚至更长的时间，而化妆品采用合成生物学技术可能只要几个季度或一年不到。
第三，更快的创新意味着更快的产品迭代、更强的增长潜力以及更具想象力的市场空间。
花满兮：以上是陈坚院士的精彩分享，我们换个角度，以合成生物学创业小团队的视角，一个合成生物学的成功，到底会遇到哪些困难？
药鼎记总：一个合成生物学项目取得成功，这里面经过了千难万险九九八十一难不为过，很多只是做其中某一段的团队，不具备能达到终局大boss的一个程度。
我们从产业链的头到尾去梳理一下，在不同的环节分别存在什么样的一个难度，有6点看法：
第一，立项问题：
我们选择什么样的一个项目，选择适合我们这个团队去做的，适合这个市场的赛道。
第二，选择什么样的菌种：
你选择什么样的碳源粮食，还是非粮的，都要考虑好，里面细节非常多。
第三，研发拼效率
接着做研发端，我们能不能按照DBTL，能够循环的比原来要快，甚至用AI做不断的筛选，接下来全部是拼效率，你靠人工的去挑这个不行。
所以这里面仪器设备，还有经验，都成了一个非常关键的能力，现在的竞争，跟以前的竞争是完全不一样的，要求是越来越高的。
再者我把这个从小试优化整个收率达到理想的情况，接下来就要考虑到中试到产业化的一个情况，就到了第4点
第四，小试到中试的切换
有一种说法养各种各样的细菌，就跟养小孩是一模一样的，你要给他喂各种各种各样的小孩子生长的养份，要喂奶粉，还要时时刻刻呵护着，你稍微不小心有可能就麻烦了。
有些设备它在放大的过程中，比你养一个细胞比较容易，10个细胞也容易，一个房子里面人都堆满了，大家就感觉会心情很烦躁，那这里面讲究是非常大的，包括设备、工艺、多方面证明的细节。
中试跟小试差异是非常大的。
很多团队小试做完之后到产业化就直接就歇菜了。这也是现在市场上虽说是合成生物学团队，但也是有分工的，大家聚焦在能力不同的一个点上。
第五，最终的产品有没有优势
到产业化之后，你要考虑到产品的差异化，如果说你产品的产能、产量、生产成本，跟竞争对手整体比较，这些如果你都达不到，这个产品没有用，拼供应链拼什么呢？都是非常关键的思考。
第六 最终用途你都要去开发，真正卖出去
这里面你只是做上游的原料，无论小分子蛋白什么，这都不够的，你要往下游应用去找，很多一个产品像PHA、PLA、PLGA、蛛丝蛋白，或像各种各样贻贝粘蛋白一些新的成分的话，你就要考虑到是它最终用途你都要去开发，并且能够真正的卖出去，你就要用生态打法去做。
很多的一个市场需求还不一定说存在，你要去拓展。
若是很好的存在都是原来的那帮人他们都是已经做的不错，你很难攻进去，所以从你产业化的过程中要去考虑到这边是不是有些与化学技术的交叉，和别的交叉的学科多方面的要去结合。
所以我们可以看到从研发，到生产，再到商业化，再到产品这块的话，你能不能往这个应用端都去靠拢，做着做着，根本不是合成生物学的一个事情，而是整个全产业链实践，跟做别的产品一样，生物只是一个手段，合成生物学只是一个工具。
花满兮：最终用途和卖出去都要考虑，对合成生物学技术团队的挑战太大了，就像药总说提到的“生态打法去做”，我们长三角合成生物学会-成果转化CEO组织，立足杭州根据地，聚集一大批擅长做功效性食品/化妆品品牌管理的阿里系CEO们，我们也在向上游寻找新原料与院士成果转化朋友圈结合起来孵新项目，合成生物学技术成果正是我们需要的。
花满兮之前写了一篇文章点此→《院士成果转化高阶朋友圈》
2023年10月份，花满兮跟杭州朋友圈里做品牌管理CEO校友们启动了《中药成分功能性品牌的成果转化&上市公司并购综合解决方案》战略定位咨询工作。重点服务对象：
✓ ✓ 有中药成分（天然产物）专利成果转化需求的院士/外国（籍）院士/著名教授/博士们（包括其欧洲天然产物、合成生物技术专利）
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中药成份举例： 党参、肉苁蓉(荒漠)、铁皮石斛、西洋参、黄芪、灵芝、山茱萸、天麻、杜仲叶等，包括提取物等。
✓ ✓ 上市药企：着重服务中药上市公司业务重点转型方向的“加大中药创新药研发+扩大中药功效型消费产品（含器械）的销售额”的核心KPI 。
我们服务中药上市公司+联合科研机构基金投资孵化中药成分功效品牌和中药国际成果转化。
☆☆ 依据上市中药公司的战略投资计划，搭建院士&数字中药国际成果转化+基金+生物科技项目加速平台，配合上市公司的体外孵化项目战略协同与《3年并购计划》的执行。
