不到半年，紅杉領投的創新性合成生物學公司取得多項關鍵突破！PHA開放發酵工藝年產量可超萬噸

成立至今即將滿一周年，微構工場最近在產品、技術、市場等方面有哪些突破性的進展？在“紅杉系”資本的支持下，未來可降解塑料 PHA 又有哪些亮點值得業界期待？

據悉，微構工場作為 “下一代工業生物技術” 的生物制造初創企業，現在已經完成了全球最大的 PHA 生產罐體工藝開發，且具備建立年產萬噸級及以上 PHA 生產基地建設的實力。基于綠色節能的新型底盤細胞系列，微構工場也在不同產品的合成制造上進行了拓展。目前，已經開發了合成淀粉酶、糖化酶、3-羥基丙酸、戊二胺、氨基酸、戊二酸等化工原料的生產菌株，這為 “下一代工業生物技術” 低成本生產平臺增加了更多的產品。

同時，微構工場也在深入推進與下游合作伙伴在終端應用場景上的開拓。在 PHA 行業的價值鏈中，從上游發酵所得到的 PHA 粉料，到中間改性所得到的 PHA 粒料，再到下游加工所得到的 PHA 終端產品，每個部分都有其技術的壁壘。

該公司所搭建的 PHA 粒料的定制化合成平臺，進一步豐富了 PHA 的終端應用場景和提升了企業的競爭優勢，已經與國內外用戶建立了應用測試關系。

微構工場的創始人兼首席科學家陳國強教授曾表示：“微構工場有著三大目標，分別是：全球最大的 PHA 生產商、全球做 PHA 不同結構產品最多的企業、做質量最好（純度、分子量等最好）的 PHA 的企業。”


這一宏大愿景如何一步一步實現呢？接下來我們從細微的顆粒度上進一步了解。

對 PHA 生產方案迭代升級，滿足下游市場不同需求及場景

PHA 是個有上百種細分材料的大家族。各個細分材料由于單體鏈長、側鏈結構、單體種類不同，在性能上具有顯著的差異，因此下游應用十分廣泛。據了解，PHA 的應用場景涵蓋了從高端醫療應用，到中端食品包裝材料和生物基纖維，再到低端快遞包裝和農用地膜等領域。

陳國強教授從博士時期便開始做 PHA 相關研究，30 余年的經驗積累使他對合成生物技術以及 PHA 的工藝都非常熟悉，并且也申請了一系列的專利，這正是公司核心之所在。依托陳國強團隊開發的低碳環保 “下一代工業生物技術” 體系，微構工場可以合成 30 余種不同性能的 PHA 材料，以滿足不同應用的需求。

目前，該公司從生產菌株、PHA 材料和生產工藝三個維度，對 PHA 生產方案進行了升級。

第一，該公司所研究的菌株主要經歷了，從嚴格高溫高壓滅菌處理的不耐受污染菌株到可以開放發酵、連續培養的抗雜菌菌株的迭代。該過程前期依托清華大學技術團隊用了 10 余年時間來實現，構建了 15 代具有不同性能的生產菌株，如開放培養、生長快速、能利用多種廉價底物、無需滅菌、底物易提取等。

目前，圍繞基礎菌株的合成生物學技術體系已經越來越完善，新菌株的開發效率以倍速提高，競爭力大幅提高。

第二，該團隊已經掌握了最新一代 P34HB 的大規模生產工藝，開發了單體比例控制方法和以葡萄糖、甘油、餐廚處理物等為單一碳源生產的新技術，使綜合生產成本下降了 50% 以上。

此外，他們還率先開發了由三種單體聚合形成的第五代 PHA 材料。這一新材料除了具有相比前幾代材料更加優良的力學性能，還具備了較好的透明性，使得 PHA 在部分需要透明塑料的領域也擁有大規模替代的潛力。

第三，基于性能優異的底盤細胞，發酵工藝和提取工藝得到大幅簡化，進一步推動了生產周期的縮短和底物轉化率的提高。該團隊最新的提取工藝已經可以完全在水相中完成，更加簡潔環保。這些工藝上的優化進一步使綜合成本降低 30% 以上。

微構工場聯合創始人蘭宇軒表示：“我們在完成天使輪融資后，一方面，加緊建設第一條年產千噸 PHA 智能示范線；另一方面，搭建了項目執行團隊以快速拓展下游眾多的應用場景。

他補充說道：“我們目前已經和包括食品、汽車、紡織、護膚品等行業的領軍企業建立了合作，并共同推動下游終端產品的開發。現在，已有數批產品完成了交付并取得收入，實現了一定的造血能力。”

在生產方面，該公司的經營團隊側重對于整體工廠建設和工藝的把控，而科研團隊則著重開發新菌株并優化穩定反應體系。

在下游合作方面，經營團隊側重于確定市場方向與尋找合作伙伴，科研團隊則圍繞具體的合作內容展開研究。

另據悉，該公司目前已經招募了一批在行業內非常有經驗的工程師，平均工作年限在 10 年以上，極大地推動了該公司的產業化進程。

全方位構建核心壁壘，加深公司在 PHA 領域的護城河

成立不到半年，微構工場為何能夠在后疫情時代逆勢獲得由紅杉種子基金領投的 5000 萬元天使輪融資？

作為一家創新性合成生物學公司，新技術的持續開發和應用是推動公司創新發展的源動力，而新技術的載體主要是專利。

該公司從成立之初就非常重視專利的布局工作。公司在開發自有專利的同時，也與外界著名研究機構合作，聯合開發其他專利。

據悉，微構工場已經與清華大學、華南理工大學等著名高校簽訂了技術委托開發協議，在新菌株優化領域進行深度合作。通過與清華大學的全方位合作獲得了 22 項相關技術專利的排他許可使用權，同時與清華大學、華南理工大學聯合申請專利4項，公司單獨獲批專利 5 項。通過自主研發和委托開發兩種途徑，該公司已經搭建起一條成熟的專利體系。

除此之外，該公司還基于 PHA 價值鏈全方位構建核心壁壘。從 PHA 生產的菌株開始，該團隊就選擇了采用自主研發的鹽單胞菌作為底盤細菌，首次實現了 PHA 發酵過程中無需滅菌，將綜合成本降低 30% 以上。

此外，對于這一新的底盤細菌，該團隊還開發了一系列獨有的基因編輯工具和代謝元件。例如，通過添加血紅蛋白的表達基因以提升底盤細菌的氧氣利用率、修改細胞骨架去表達更大的 PHA 顆粒以提升純化效率、調整分裂周期和形式以促進細菌的快速增殖等，使其更加適應工業生產。

該團隊還不斷向下游延伸，從造粒走向終端應用場景，進而在整條價值鏈上進行完善的布局。

克服材料的 “成本” 難題，在 PHA 及相關領域深度布局

PHA 是一種在自然環境下可以快速降解的生物材料，常見的膜袋、水瓶、餐具等在海洋、土壤、河流中 3 個月到 6 年即可完全降解。PHA 的降解產物對人體和環境無害，PHA 材料種類多樣、性能各異，是全面替代傳統石化塑料的最佳材料，未來的應用前景廣闊。

然而，PHA 材料在產業化過程中卻面臨一定的難題，其中最大挑戰是 “成本”，這也是所有 PHA 企業研發的重點。針對以上問題，該公司主要從三方面進行優化調整：

一是不斷提高菌株性能。利用合成生物學技術優化菌株的代謝路徑，提高酶促反應效率、底物轉化率、產物產量、菌株生長速度和穩定性，并降低產物提取難度；

二是開拓廉價底物途徑。結合微構底盤細胞不需要滅菌的優勢，該公司開發了來源廣泛、價格低廉的新底物，包括餐廚垃圾處理物、活性污泥處理物、農用秸稈糖等。這些新底物的應用將使 PHA 成本進一步下降 30% 以上。

三是優化整體工藝運行效率。通過模型推算和實踐，該公司建立了從細胞培養到分離提取的全流程優化方案，使整個生產過程在最佳條件下運行，達到節能降耗的目的。

與石油等不可循環的碳源傳統塑料相比，PHA 最大的優勢是，其生產底物都是可以循環的碳源（例如淀粉糖、餐廚垃圾處理物、秸稈水解糖等）。并且，PHA 的整個聚合過程是生物聚合而非化學聚合，顯著地減少了生產過程的碳排放，這對響應“碳中和”“碳達峰”具有非常重要的意義。

值得關注的是，該團隊還將以往發酵過程中的能耗大戶用高溫高壓滅菌去除，綜合能耗比以往的 PHA 生產進一步降低 50% 以上，最大程度減少了碳足跡。

目前，該團隊正在和測量碳排放的第三方權威機構進行溝通，準備在第一個示范線運行后進行 LCA 生命周期評價，更準確、科學地評估整個生產過程對于環境的影響，并進行不斷優化和改善。

在創投資金的支持下，針對 PHA 產業化模式，該團隊制定了詳細的規劃。蘭宇軒表示：“ 作為一種新產品，客戶的需求和接受需要一定的時間，我們將采用逐步擴大、穩步推進的模式進行市場布局。”