微构工场：打造“下一代工业生物技术”生产新材料的平台

DeepTech 独家获悉，合成生物学初创公司微构工场于近日完成了由红杉中国种子基金领投的天使轮融资，此次融资金额近 5000 万元人民币。

微构工场，立足于下一代工业生物技术的生物制造初创公司，旨在通过自身优势的合成生物技术平台研发生产各类化工材料和产品，目前的主要产品是可降解塑料 PHA。

翻看微构工场的发展历程，令人惊讶的是：这竟然是一家在今年 2 月份才刚刚成立的新公司。那么，究竟是什么原因使得微构工场能够在第一轮融资时便获得顶级投资机构的青睐呢？

此次，DeepTech 有幸独家采访了微构工场的创始人兼首席科学家陈国强教授，来一同揭开这颗合成生物新星的面纱。

图丨陈国强教授（来源：受访者提供）

陈国强教授，清华大学合成与系统生物学中心主任，教育部长江学者特聘教授，本科毕业于华南理工大学应用化学系，1989 年获得奥地利格拉茨工业大学应用化学博士学位，1990 至 1994 年先后在英国诺丁汉大学和加拿大阿尔伯达大学开展博士后研究。

“我从博士时期便开始从事 PHA 的相关研究，独立开展研究之后，20 多年在一众师生努力下，已经搭建起了完整的合成生物技术平台。” 陈国强介绍说道：“多年的积累使我们对于合成生物技术以及 PHA 的工艺都非常熟悉，也申请了一系列的专利，这些都是我们的优势所在。”

唯一实现碳中和的生物降解材料

从博士开始的研究，至今已有 30 余年，那么，此次又是怎样的机缘使得这项技术走出了实验室，落地到了微构工场呢？对此，陈国强告诉 DeepTech 说道：“一是塑料污染日趋严重，碳中和及限塑令的大背景，二是技术平台研究已经相当成熟，是时候回馈社会了。”

是的，碳中和、环境污染、微塑料污染等问题已经迫在眉睫。

在 2020 年底的中央经济工作会议上，“做好碳达峰、碳中和工作” 就被列为了 2021 年的重点任务之一。同时，会议还提出：我国二氧化碳排放力争 2030 年前达到峰值，力争 2060 年前实现碳中和，要继续打好污染防治攻坚战，实现减污降碳协同效应。

图丨碳中和（来源：The Conversation）

要推进实现碳中和、减污降碳，塑料无疑是首当其冲。据统计，每年大约有 800 万吨至 1200 万吨的塑料垃圾进入海洋，这些塑料难以降解并可能会分解成直径小于 5 毫米的 “微塑料”，微塑料的污染范围甚广，并且容易被海洋动物吞噬，而后经由食物链影响到人类的健康。

“在这些大背景下，各国陆续出台了‘禁塑或限塑令’，这也促使我们下一代工业生物生产可降解塑料 PHA 成为一个非常热的研究方向和产业化方向。” 陈国强说道。

图丨各国禁塑限塑一览（来源：华安证券研究所）

PHA，全称聚羟基脂肪酸酯，是一种完全可降解的生物新材料，也是唯一实现碳中和的生物降解材料，将该材料直接排放至海洋后，其可在自然环境中快速降解，时间大概 1-5 年不等。同时 PHA 与其他生物可降解材料如 PLA、PBAT 等性能互补，可以相互促进共同发展。

“在我的实验室中，已经有毕业学生正在从事 PHA 其中的一类 ——PHBHHx 的生产了，做的还不错。” 陈国强说道：“这给了我很大的感触，PHA 有着超过 150 种类型，各有特性，与其说只将一种材料产业化，不如把整个平台产业化了。”

正是在这一思想的指引下，今年的 2 月份，微构工场正式成立了。

目前，微构工场有着来自学术界、商业界和产业界共计 20 余人所组成的团队，这其中，商业界和工业界的核心成员都有着其各自领域的丰富经验。而其技术的核心，则是陈国强教授位于清华大学所搭建的合成生物技术平台。

基于合成生物技术平台的 PHA 新方案

正如前文所介绍的一般，陈国强教授历经 20 余年所开发的技术平台，正是微构工场最具竞争力的核心优势。那么，这一技术平台因何将其称之为一个平台，又有何优势呢？

具体来说，该合成生物技术平台能够：1、在已搭建的 PHA 通路平台上进行改造，生产各类 PHA，提高 PHA 的产量；2、考虑整体工艺，改造菌株以服务于中下游发酵、分离以及纯化过程，综合降低整体成本。

传统的PHA 生产方案中，最常见的生产菌株使用的是 Ralstonia eutropha，该菌株能够在 30°C 的环境下将碳源转化成为 PHA。不过，与正常菌株类似，由其所构成的生产工艺，在过程中需要考虑染菌、凝集及分离，并由此带来了更高的成本。

而微构工场，则在合成生物技术平台的助力下，围绕自身独有的生产菌株完成了一整套 PHA 工艺的研发和优化，同时实现了 “新方案” 中独有的技术两大优势：“开放培养不染菌” 及 “自凝絮和自沉降”。

首先让我们把目光先聚焦到开放培养上。“染菌”，是指除了生产菌外的杂菌在培养液中进行生长代谢，其不仅与生产菌竞争生存资源，还会严重影响目标产物，给发酵过程带来极大的经济损失。因此，在发酵流程中需要通过水蒸气对整个发酵设备进行彻底地灭菌，是发酵过程中的一大能耗成本。

而开放培养不染菌，则可以在不影响正常生产的情况下去规避这一成本，值得一提的是，该技术还是全球目前唯一一个制造过程中不染菌的技术。

图丨开放培养不染菌（来源：微构工场）

能做到这一技术的原因，正是得益于微构工场生产 PHA 的独有菌株。通常情况下，细菌喜欢在渗透压适当、酸性或者弱酸性的环境下进行生长，而微构工场的生产菌则与之不同，它耐高渗、耐高碱同时还能够保证快速生长。

在合成生物技术平台上，研究人员对该种菌株进行了进一步的工程化改造，使其对渗透压变化的适应能力更强、生长速度更快，而在此种设计好的高渗高压的严酷条件下，其它微生物通常很难生长起来然后去与生产菌竞争的。

其次，在发酵过程之中，分离和纯化也是成本的一个很重要的组成成分。同样也是通过合成生物技术平台，研究人员对微生物表面产生电荷的蛋白进行一个全面筛选，并选取了其中几个重要的基因进行了敲除，从而使得菌株能够自凝絮和自沉降。

敲除后就能够自凝絮？这又是一个怎样的原理？原来，通常的细菌表面上是带电的，细菌与细菌之间会通过静电排斥而各自悬浮在液体中，不会凝絮到一起。然而，通过合成生物技术敲除电荷蛋白基因之后，微生物也便不再带电，也就能够凝絮到一起了。

图丨自凝絮和自沉降特性的细菌专利（来源：CNIPA）

对此，陈国强教授向 DeepTech 透露道：“在这种情况下，我们已经成功实现：在搅拌和鼓风的情况下，它们如同正常微生物一般悬浮在液体中进行生产，而一旦停止搅拌和鼓风，它们便会因为静置时的重力作用聚集在底部，极大方便了对其的分离。”

此外，通过目前已有的合成生物技术平台，微构工场还能够从事各种类 PHA 的生产以及 PHA 的改性，甚至还能够化身平台型的研发企业，根据客户的需求进行菌株及工艺的研发。

定位介于平台型与单一产品制造

“多数制造业都是以单一产品的大量制造来获得经济上的回报，此外也有一些平台型模式的企业是帮助他人研发菌种来实现回报。” 陈国强说道：“微构工场的定位介于二者之间，实验室最擅长的就是对菌种的筛选和构建，有着 20 多年的经验，另外我们有成员团队在单一产品制造上非常有经验，因此可以将这两个经验结合起来。”

这便是微构工场对于自身的定位，利用自身的优势平台对管线进行推进、扩展与优化，之后也会对研发完成的单一产品进行规模生产，两条线交织在一起。

根据华安证券研究所的预测，到 2025 年，预计我国可降解塑料需求量可到 238 万吨，市场规模可达 477 亿元；到 2030 年，预计我国可降解塑料需求量可到 428 万吨，市场规模可达 855 亿元，可降解塑料市场空间巨大。

图丨中国可降解塑料需求量预测（来源：华安证券研究所）

在此大市场需求的环境下，微构工场展开了自己的布局：在未来 1 年内先建立一个千吨量级的生产线，在对该条线优化稳定之后，将会继续扩大生产建设至万吨、几十万吨量级，预计在 5 年左右把成本降到每吨 1.2 万人民币左右。

陈国强教授告诉 DeepTech ，未来微构工场有着三个大目标，分别是：全球最大的 PHA 生产商、全球做 PHA 不同结构产品最多的企业、做质量最好（纯度、分子量等最好）的 PHA 的企业。

“目前的第一个阶段我们会以大量制造 PHA 为主要方向。” 陈国强介绍道：“未来我们还将以 PHA 为主线开发各种各样的产品，不过并不会局限于 PHA，我们还会开发一些大宗的材料产品、用于医疗、食品等的一些小分子或者氨基酸类等等。”