通过将新的基因植入细菌或酵母中，科学家们可以使它们生产出大量用于工业的化学物质。一项由美国国防部、私营公司、大学和非营利组织资助的新计划旨在扩大这些能力，生产大量廉价的生物分子，以提高国家的生物经济。(iStock图片)
美国国防部和80多家公司、大学、州和研究机构将在未来7年投资至少2.75亿美元，以扩大生物分子微生物的生产规模。这一努力将使不断增长的生物制造工业能够以必要的低价格向广泛的商业领域提供大量化学物质，使其与石油替代品具有竞争力。
如今市场上的生物分子大多是药物或香料，它们是在酵母或细菌中通过小批量发酵制成的，这个过程很像手工酿酒厂。公私合作伙伴关系的目标,Bioindustrial制造和设计生态系统(BioMADE),是采用相同的基因工程原理和工程生物制药工业生产中使用的化学物质除了药物规模类似于为运输玉米发酵转化为乙醇。美国国防部今天(10月20日)宣布成立新的生物工业制造创新研究所。
“现在你可以用工程生物学的方法制造几乎任何小批量的分子。生物医学的首席执行官兼工程生物学研究联盟(EBRC)的执行董事道格拉斯·弗里德曼(Douglas Friedman)说。EBRC是一家大型公私合作机构，总部设在加州大学伯克利分校，专注于工程生物学研究。
“但对于商业产品，我们通常希望大量生产，然后用于制造聚合物、材料、薄膜、油漆和无数其他产品。今天的问题是:你如何从生产小批量产品过渡到生产商业批量产品?我们需要的是能够预见地将这些工程微生物放入10万升的发酵罐中，制造成吨的材料，而我们必须6037吨才能做到。”
在头五年里，BioMADE将获得8750万美元的联邦资金，与之相匹配的是超过1.8亿美元的非联邦资金。
BioMADE是一个永久性的研究机构。我们有7年的时间来证明，我们可以把整个行业聚集在一起，创建一个生态系统，开发出行业需要的尖端可持续技术，从而能够生产出他们可以销售的产品。”“该研究所本身并不从事为市场制造产品的业务，而是开发技术，并让成员企业能够获得这些技术，这样他们就可以制造自己的产品。”
BioMADE是由美国国防部(DoD)资助的制造创新研究所(MII)和美国制造网络(Manufacturing USA network)的第16个研究所，是联邦政府推动的通过制造创新、教育和合作来保障美国6037未来的机构。生物制造研究所的目标是使中国更加依赖国内化学品，并使这些化学品更加环保和可持续。弗里德曼说，另外一个好处是，由于生物制造的规模比典型的石油化工生产规模小，生产可以分布在全国各地，而不仅仅是靠近原油来源的地方。
国防部致力于促进美国的生物技术创新，保障美国的生物工业基础。通过今天的奖项，我们很高兴与新的合作伙伴一起加速国防部的生物技术现代化和该领域的发展，这对我们国家未来的安全和繁荣至关重要。”
该研究所的总部将设在明尼苏达大学圣保罗分校，主要卫星位于加州大学伯克利分校和麻省理工学院。除了24所社区学院外，还将有30所其他大学和实验室以及6个非营利组织参加。这些社区学院将帮助培训工程生物学和发酵科学方面的劳动力。
一种新的生物制造生态系统
明尼苏达大学校长Joan T. a . Gabel说:“我们很荣幸主办BioMADE，相信这个研究所将推进一个新的、重要的生物制造创新生态系统。”“我们的地区——大胆的北方地区——是16家《财富》500强公司的所在地，这里的受过良好教育的劳动力非常受欢迎。我们预计，许多未来的工业生物制造公司将在这里诞生，利用这里毗邻生产所需的农业原材料、我们提供的人才深度，以及已经为嘉吉(Cargill)、通用磨坊(General Mills)、CHS和Land O ‘Lakes等相关公司服务的商业基础设施。”
弗里德曼指出，一个多世纪以来，美国一直在利用生物技术制造燃料，包括乙醇和溶剂。最近，乳酸等产品促使开发不依赖原油的可再生塑料。今天，由工程生物学最新进展生产的大量可再生产品正进入经济的几乎每一个部门。
这些生物制造酵母菌和细菌是通过插入基因来创造新的代谢途径而产生的，这实际上迫使微生物产生一种它们不能使用但人类可以使用的分子。这些转基因生物生长在发酵罐中，它们被喂食糖并排泄出产品，然后被提取使用。
Zymergen为公司的新型光学薄膜Hyaline开发的单体就是一个完全通过生物制造技术制造的分子的例子。位于埃默里维尔的Zymergen公司是新研究所的一部分，该公司开发了Hyaline，以满足电子市场尚未满足的需求。在这种情况下，需要提高许多手机和平板电脑屏幕的光学清晰度和抗划伤性。
Zymergen的首席科学官和联合创始人Zach Serber说:“更广泛的BioMADE团队将提供概念验证制造能力，并帮助开发新兴制造业劳动力的关键能力，这对增强美国竞争力至关重要。”
该研究所的另一位成员，来自埃默里维尔的阿米瑞斯，以其抗疟疾药物青蒿素而闻名。青蒿素是通过发酵生产的，作为一种综合疗法的一部分在整个热带地区销售。但该公司还发酵角鲨烯——一种通常来自鲨鱼的化妆品成分——甚至还销售100%植物基角鲨烯护肤霜——Biossance。
类似的公司在美国各地如雨后春笋般涌现——尤其是在波士顿地区——那里有许多是从麻省理工学院派生出来的。BioMADE将把波士顿和湾区的生物技术中心和全美的生物技术公司与嘉吉和ADM等拥有大规模但更简单的生物技术制造经验的公司连接起来。
“旧金山湾区和波士顿地区是美国主要的生物技术创新中心，”弗里德曼说。“我们需要做的是连接这些创新中心——包括公司和大学周围,可以少量的东西——一刀切大农业的世界,可以使大量的少量的东西,巩固这些连接,以开发更大数量的产品。”
国防部感兴趣的分子之一是白藜芦醇，它是红酒中的一种成分，聚合后也具有阻燃性能，这使得它在电子工业中很受关注。目前可用的食品级白藜芦醇主要用于膳食补充剂，但作为聚合物来源太贵了。以生物为基础的白藜芦醇将更便宜，更容易制造。
“在实验室规模和大规模生产之间架起桥梁，生物制品将公司、大学、国家实验室和政府聚集在一起，以加强美国的生物经济，”Friedman说。
他指出，加州大学伯克利分校在工程生物学/合成生物学方面的长期研究和创新历史，使得EBRC能够以一种有利于大量公司、国家劳动力和国家安全的方式组建这个联盟。
Friedman说:“如果没有我们的合作伙伴机构的关键洞察力和参与，以及他们对推动国内生物制造的蓬勃发展的公私合作解决方案的承诺，我们EBRC不可能领导这个团队。”“展望未来，我们期待全国各地的机构建立一个包容和全面的生态系统，以推进美国生物制造能力为目标，创造既环保又高效的产品。”
相关信息
- 国防部公告
- 明尼苏达大学公告
- EBRC公告
- 工程生物学研究联盟(EBRC)
- 科学家向合成生物学的新世界进军(2019年6月19日)
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://news.berkeley.edu/2020/10/20/275-million-commitment-to-brew-better-molecules-for-manufacturing/