精准设计蛋白分子，打造全态链合成生物学平台

2020年5月,麦肯锡国际研究院(MGI)发布报告《生物革命:创新改变经济、社会和我们的生活》指出,未来60%的工业产品可以通过生物技术进行制造,并预测合成生物学技术革命将在2030-2040年间每年为全球带来2-4万亿美元的直接经济效益。

合成生物学的前景巨大,通过对现有生物系统的改造,或者人工合成基因组重构生命体,实现第三次生物技术革命即生物体系的工程化。这种革命性的技术变革突破了生物自然进化的局限,能够创造出人类急需的新药品、新疫苗,包括自然界不存在的新化合物。

百葵锐生物创始人之一的李华珍是澳洲莫纳什大学生物工程博士、剑桥大学生物技术研究所访问学者,一直专注于工业蛋白质(酶)工程、微生物细胞工程、蛋白质(多肽)分子理性设计及应用方向的研究,李博士在海外一流学府的研究经历为日后他和他的澳洲团队回国创立百葵锐生物打下了坚实基础。

李华珍博士

专注蛋白精准设计与蛋白分子机器

近期,引起大家极大关注的谷歌DeepMind公司Alphafold人工智能系统,在蛋白3D结构预测模拟方向取得重大突破,使得通过蛋白分子氨基酸序列设计,预测模拟蛋白3D结构,进而实现蛋白功能的创新与改变成为可能。这一突破,对于人们理解蛋白在生命形成机制中的重要作用具有深远的影响。

百葵锐团队的蛋白精准设计与蛋白分子机器技术,结合生物大数据机器学习和理性设计,开发功能强大的蛋白元件,并以此为基础,对蛋白分子进行定向进化,进一步提高蛋白性能。百葵锐运用智能自动化高通量筛选系统,结合高效基因编辑技术,构建具有高度协同效应的蛋白机器,从而快速打通产品在细胞中的代谢合成通路,设计开发出高效细胞工厂,大幅提升合成效率。

百葵锐合成生物学产品开发逻辑

基于这种合成生物学开发逻辑,百葵锐生物将生物合成的生产过程模块化,构建出能够“即插即用”的生物元器件,在底盘细胞工厂中高效地创建目标产物的代谢路径,为快速设计药物合成路线,合成超级生物催化酶铺平道路。百葵锐技术可实现面向不同应用场景下,快速生产出高附加值的产品,如生物医药领域的抗生素替代物、人造功能蛋白等。

李华珍博士也告诉动脉网,基于蛋白精准设计和蛋白分子机器的生物合成技术难点在于前期的蛋白分子机器元件设计,以及大量实验数据的高通量筛选和复杂的基因线路设计与调控。不过这部分技术难点公司通过构建蛋白元件库、结合机器学习与蛋白理性设计得以解决。目前,通过精准设计开发高性能的酶蛋白分子,该公司生物合成的效率,相比传统生产方式已大幅提升。

首先布局医药中间体生物合成,重点研发类噬菌体解决抗生素耐药性

百葵锐生物团队一直追求技术与市场需求的匹配,用合成生物技术赋能传统产业转型升级。在完成了合成生物技术平台构建后,百葵锐生物首先布局到了医药中间体开发上。

对于这样的安排,李华珍博士回应道:“医药中间体是一个非常大的市场,同时很多医药中间体厂商也因为环保问题被关停了,所以我们百葵锐生物采用合成生物学技术,用绿色生物合成方式,对国内的医药企业进行赋能。”

基于百葵锐生物的蛋白分子精准设计与蛋白分子机器技术,公司目前已经建立了相应的基因元件库及底盘细胞库,同时结合市场的痛点,针对抗生素耐药性难题,公司在类噬菌体产品管线上进行研发,并取得了重大进展。公司目前在药物中间体及抗生素替代方向开发的两大产品管线包括:

一、头孢抗生素中间体7-ADCA生物合成

二、类噬菌体颗粒抗生素替代物生物合成

其中,头孢抗生素中间体7-ADCA生物合成项目入选2019年天津市合成生物提升行动关键技术孵化项目。公司的类噬菌体颗粒产品即将在皮肤感染,护肤等领域得到应用,同时公司与山东某生物化工企业的菌种高通量筛选及改造合成项目也完成工业规模化生产,产量规模由原来4万吨/年增产到8万吨/年。

公司坚持以市场为导向,深度理解产品需求及生产工艺痛点,面向产品和工艺,逆向设计细胞工厂,通过基因编辑、蛋白生物元件组装、智能化高通量筛选等技术,以蛋白分子机器理性设计与定向进化结合为核心,化繁为简,简化基因线路及代谢路径,绿色、高效、规模化地生产高附加值的产品。

同时,百葵锐生物也注重与领域内同行以及跨领域的合作。目前该公司即将进驻中科院深圳先进技术院合成生物工程创新中心,借助这个契机,百葵锐生物将通过深圳合成生物创新研究院合成生物重大科技基础设施——自动化高通量实验操作平台Bio-foundry,实现蛋白开发的“高速化(高通量筛选)”与“数字化(云数据分析)”。

在这套研发平台的加持下,未来百葵锐生物可以针对不同应用场景,逆向设计构建细胞工厂,开发包括但不限于食品、营养品领域的人造功能蛋白,和可用于幽门螺杆菌治疗的抗生素替代物等全新生物合成产品。

据悉,百葵锐生物目前正在计划进行Pre-A轮融资,计划融资2000万人民币,募集资金主要用于产业化建设、产品研发,市场拓展及人才引进等方面。

作者:王婵