国家重点研发计划项目“维生素的高效异源合成”启动

点击数：442025-05-14 00:00:00　来源: 四川大学

　

　　近日，由四川大学牵头、皮革化学与工程教育部重点实验室许正宏教授担任项目负责人的国家重点研发计划“合成生物学”专项2024年度立项项目——“维生素的高效异源合成”项目启动暨实施方案论证会在成都顺利召开。该项目聚焦维生素的高效异源合成，力争在维生素生物合成领域取得突破性进展，为我国生物制造产业发展贡献力量。

　　合成生物学（synthetic biology）融合了生物学、基因组学、工程学和信息学等多学科，其核心是运用系统生物学和工程学原理，以基因组和生物大分子合成为基础，综合运用生物化学、生物物理和生物信息等技术，设计、改造、重建生物分子、生物元件和生物化学过程，构建具有生物学活性的生物元件、系统以及人造细胞或生物体，其核心在于重塑生命体系。近年来，合成生物学技术在工业、农业、医药、环境等领域得到了广泛的应用，已成为生命科学前沿交叉领域备受关注且得到迅猛发展的颠覆性技术体系之一。


　　许正宏教授形容合成生物学像是一场生命的“乐高游戏”。科学家们将具有生物学功能的各种“零件”，如基因、蛋白质等，按照预先设定的蓝图进行组合与拼接，从而创造出符合人类需求的生物个体或生物过程，并且具有高效生产目标产品，大幅度降低生产成本，减少对环境的负面影响等优势。例如，通过合成生物学的手段，可以让微生物变成“细胞工厂”，生产出原本由植物或动物合成的特有一些药物分子、燃料、材料、维生素等各种有用的物质。



合成生物制造的基本流程图（a）细胞工厂构建；（b）精密发酵；（c）产物分离与鉴定

　　我国维生素年产量超过40万吨，占全球80%以上，但其产业的高质量发展仍面临诸多挑战：绝大多数品种依赖化学法生产，存在工艺路线长、反应条件苛刻、污染物排放量大、产物收率低等不足。目前，我国仅在生物法生产维生素C、烟酸等少数重大维生素品种上取得了对传统化学工艺的比较优势。许正宏教授说，项目组对我国维生素产业现状进行了深入系统地剖析，发现年需求量大、价值高、产业技术转型升级迫切的核心维生素品种主要包括：化学合成难、亟需发展生物法生产转型的视黄醇及衍生物（VA）、吡哆素（VB6）、胆钙化醇（VD3）等，尽管已实现生物法生产，但仍需进一步提升产业技术的核黄素（VB2）、泛酸（VB5）、钴胺素（VB12）等。
　　据许正宏教授介绍，此次启动的项目将重点聚焦上述核心品种维生素的异源生物合成，本着“处实效功、扬长补短”指导思想，理性分析各自高效异源合成的关键科学问题与技术难点，分别设计并构建从头生物合成、基于前体强化的生物合成及基于人工功能菌群的高效异源细胞工厂，创新个性化智能发酵和绿色提取工艺，为最终实现上述品种的高效生产示范提供助力，为“合成生物学”产业高质量发展提供科技支撑。

许正宏教授与学生


　　业界学者常用两个词来阐述合成生物学的意义及价值。一是“建物致知”：通过对生物体系的模拟、合成、简化和再设计，可以更加深刻地理解生命的本质。二是“建物致用”：通过合成生物技术构建的生物体系可以完成特定的任务，比如功能性食品组分制造（维生素和天然甜味剂等）、药物（青蒿素和疫苗等）、生物能源（生物柴油等）以及医学检验（生物传感器等）等。鉴于此，合成生物学也成为大国博弈的竞技场。我国发布的《“十四五”生物经济发展规划》也将以合成生物学为核心的生物制造与生物经济列为国家战略，部署了合成生物学、生物与信息融合（BT与IT融合）等多个国家重点研发专项。
　　许正宏教授表示，为了抢占合成生物学在未来生物产业的制高点，国家部署和启动了“合成生物学”重点专项。本次启动的国家重点研发计划“合成生物学”专项“维生素的高效异源合成”就是其中的内容之一。他希望该项目能够为推动生产工艺的迭代升级奠定坚实的基础，助推我国维生素产业实现从跟跑、并跑向领跑的转型升级，进一步强化我国维生素产业的全球竞争力，为推动我国生物制造迈向高端、智能、绿色的新阶段贡献更多智慧与力量。