“基因電路工”一兮生物：人工精確調(diào)控微生物合成，打開百億級(jí)國(guó)產(chǎn)HMO市場(chǎng)

上世紀(jì)七十年代，基因工程技術(shù)被提出，它使得“外源性”核酸可以在指定宿主細(xì)胞內(nèi)安家落戶，使之按照人們的意愿穩(wěn)定遺傳，表達(dá)出新產(chǎn)物或表現(xiàn)出新性狀。

如果說(shuō)基因工程技術(shù)是打開了宿主細(xì)胞的表達(dá)能力，那么合成生物學(xué)則是在此基礎(chǔ)之上，通過(guò)建立并改造宿主細(xì)胞的“基因電路”，人工干預(yù)宿主細(xì)胞的合成能力，實(shí)現(xiàn)外源性核酸在宿主細(xì)胞內(nèi)的可控表達(dá)。

基因電路的建立和改造點(diǎn)亮了合成生物學(xué)模塊化調(diào)控的技能點(diǎn)，為其在復(fù)雜生物分子的高產(chǎn)高效合成和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)打下技術(shù)基石。

一兮生物誕生于2019年，是一家專注于合成生物學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)和產(chǎn)品提供方。一兮生物從自然存在的生命過(guò)程——病毒、細(xì)菌、真核生物等獲取靈感，利用合成生物學(xué)技術(shù)去設(shè)計(jì)并構(gòu)建自然界中沒(méi)有或尚未發(fā)現(xiàn)的模塊化基因電路，從調(diào)控天然藥物食品原料和診斷治療藥物的合成，實(shí)現(xiàn)高效率、高產(chǎn)率的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

一兮生物創(chuàng)始人劉振云在北大的未名湖畔度過(guò)了自己的本科和博士生涯，從博士期間的mRNA甲基化研究開始接觸基因調(diào)控的原理研究，到企業(yè)從事基因調(diào)控的應(yīng)用研究，涉獵了CAR-T細(xì)胞治療和溶瘤病毒基因改造，操控多個(gè)基因的時(shí)空調(diào)控，最優(yōu)化抗腫瘤效應(yīng)。

做實(shí)事是劉振云創(chuàng)立一兮生物的初心，也是他從基礎(chǔ)性研究轉(zhuǎn)向應(yīng)用研究的出發(fā)點(diǎn)。

一兮生物在腫瘤相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)母乳中人乳寡糖（以下簡(jiǎn)稱“HMO”）有可能使得癌癥患者能夠緩解化療后引發(fā)的免疫抑制感染，進(jìn)一步的調(diào)查研究為他揭開了HMO的全球市場(chǎng)現(xiàn)狀。

我國(guó)目前面臨著HMO進(jìn)口依賴的局面，全球僅有來(lái)自德國(guó)、荷蘭、丹麥和美國(guó)等四個(gè)國(guó)家的五個(gè)供應(yīng)商，科研用HMO高達(dá)500元/克，而中國(guó)每年HMO需求量將超過(guò)14600噸，中國(guó)HMO市場(chǎng)達(dá)到300-600億元人民幣。

劉振云迅速組建了一個(gè)小而精的核心團(tuán)隊(duì)，堅(jiān)持技術(shù)才是核心競(jìng)爭(zhēng)力的原則，組建的核心成員里超過(guò)一半都是研發(fā)崗位。他將其稱為“野兔”團(tuán)隊(duì)，盡管無(wú)法和強(qiáng)壯的獅子老虎比力量，但是其野外生存能力大大超過(guò)大型動(dòng)物。

一兮生物“野兔”團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持以弱勝?gòu)?qiáng)的精神，同時(shí)具備了速度意識(shí)、危機(jī)意識(shí)和靈活意識(shí)，隨時(shí)快速應(yīng)對(duì)各種挑戰(zhàn)和機(jī)遇。初具規(guī)模的HMO產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)就是一兮生物“野兔”團(tuán)隊(duì)實(shí)力的最好證明。

僅成立一年，一兮生物成功搭建國(guó)內(nèi)首個(gè)基于模塊化底層技術(shù)的基因修飾菌株平臺(tái)，布局醫(yī)藥（生物治療、基因治療、藥物原料）和生物活性物質(zhì)的生物合成。一兮生物已通過(guò)基因修飾菌株平臺(tái)已成功實(shí)現(xiàn)HMO中主要成分——2-FL的生物合成。

面對(duì)復(fù)雜生物分子的合成，傳統(tǒng)化學(xué)合成的方法往往有污染大、同分異構(gòu)體、差向異構(gòu)體去除難度大、成本高等問(wèn)題。生物合成為復(fù)雜生物分子提供新的合成途徑，以其效率高、污染小等優(yōu)點(diǎn)占據(jù)產(chǎn)業(yè)化制高點(diǎn)。

然而簡(jiǎn)單的生物合成也面臨著諸多挑戰(zhàn)。例如天然化合物的農(nóng)耕種植，人力資源和時(shí)間成本耗費(fèi)巨大；野生菌株的生物發(fā)酵，菌株缺乏高效酶合成及代謝途徑，得率低，抗逆性差。

一兮生物GMM平臺(tái)原理示意圖

一兮生物從合成生物學(xué)出發(fā)，聯(lián)合高通量測(cè)學(xué)技術(shù)、基因組學(xué)、基因編輯技術(shù)和代謝工程學(xué)，搭建基因修飾菌株平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“GMM平臺(tái)”），實(shí)現(xiàn)生物合成途徑和菌株的優(yōu)化及其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

簡(jiǎn)單來(lái)講，我們利用微生物作為外源性生物活性物質(zhì)合成的場(chǎng)所時(shí)，需要平衡目標(biāo)分子的大量合成和微生物本體的存活狀態(tài)，才能實(shí)現(xiàn)健康微生物長(zhǎng)效存活和目標(biāo)分子的高產(chǎn)率輸出。

一兮生物搭建的GMM平臺(tái)，將微生物本體的合成和代謝途徑中的各個(gè)關(guān)鍵性酶作為基因電路元件，設(shè)計(jì)并建造專屬于微生物的基因電路圖，通過(guò)基因工程的手段調(diào)節(jié)各個(gè)酶元件的正向強(qiáng)度（表達(dá)增強(qiáng)）和負(fù)向強(qiáng)度（表達(dá)抑制），在保證微生物的健康繁殖狀態(tài)的前提條件下，提高目標(biāo)分子的產(chǎn)率，降低合成成本。

以HMO合成為例，底盤菌株經(jīng)過(guò)初步篩選，將進(jìn)行基因電路的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和優(yōu)化的數(shù)個(gè)循環(huán)，再經(jīng)過(guò)碳源的篩選去降低成本，最后輸出最優(yōu)的生產(chǎn)用菌株。

此外，這樣的基因電路圖一旦生成，構(gòu)建的模塊化元件具有極高的可操控性，類似于常用的乳糖操縱子一樣。它的正向和負(fù)向調(diào)控可以延伸應(yīng)用到其他目標(biāo)分子的生物合成中，使得GMM平臺(tái)具有極高的應(yīng)用靈活性，擴(kuò)展了平臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)景。

一兮生物從HMO生物合成出發(fā)，瞄準(zhǔn)生物活性物質(zhì)合成、工業(yè)酶合成、疾病診斷和疾病治療四大應(yīng)用場(chǎng)景，擴(kuò)大市場(chǎng)占有。

目前一兮生物已經(jīng)開設(shè)五條產(chǎn)品技術(shù)管線，其中2-FL作為HMO中最重要的兩種分子之一，已經(jīng)完成了設(shè)計(jì)分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)入到交付與生產(chǎn)階段。未來(lái)，一兮生物將瞄準(zhǔn)溶瘤病毒設(shè)計(jì)生產(chǎn)領(lǐng)域，將刻畫并優(yōu)化病毒載體的基因電路圖，設(shè)計(jì)腫瘤微環(huán)境刺激響應(yīng)型的“智能”溶瘤病毒，為腫瘤治療提供新方法。

一兮生物產(chǎn)品管線

專利技術(shù)申報(bào)是一兮生物建立行業(yè)技術(shù)壁壘的重要手段之一，劉振云表示公司目前正在進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)的布局，已經(jīng)提交了4項(xiàng)專利申請(qǐng)，還有若干項(xiàng)專利正在申請(qǐng)材料準(zhǔn)備階段。

在中國(guó)，國(guó)家食品風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心在2016年就經(jīng)發(fā)布HMO商業(yè)化生產(chǎn)的征求意見(jiàn)稿，截止到目前為止還尚未有企業(yè)提交生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。但是在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，2-FL是目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的HMO成分，一兮生物選擇以2-FL作為首例推出的產(chǎn)品，在出口貿(mào)易上具有很高的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

因此，未來(lái)一兮生物將積極與行業(yè)內(nèi)大型企業(yè)進(jìn)行合作，通過(guò)技術(shù)許可或研發(fā)訂單等模式進(jìn)行合作，推進(jìn)HMO在中國(guó)的商業(yè)化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，一兮生物也將與行業(yè)內(nèi)的發(fā)酵企業(yè)、食品添加劑企業(yè)和乳制品相關(guān)企業(yè)等進(jìn)行密切合作，為HMO生產(chǎn)菌株的產(chǎn)業(yè)化鋪路，共同推進(jìn)HMO的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。