英国初创利用「固定化酶类」实现无细胞生物制造-上海研纯科技

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英国初创利用「固定化酶类」实现无细胞生物制造

现阶段，各种类型的塑料制品生产主要依赖于化石原料。以传统化工方法制造塑料制品不仅需要消耗大量的不可再生资源，并且最终产生的塑料垃圾也难以被完全分解，因此对自然环境造成巨大危害。

对此，总部位于伦敦的初创公司 FabricNano 正在利用新型制造工艺来应对这一难题。FabricNano 在 2018 年由创业孵化器 Entrepreneur First 支持并创办，该公司最开始将细胞或微生物内的酶放在 DNA 支架上进行固化，以“无细胞生物制造”的方式生产塑料类化学品。

该公司表示，他们的愿景就是让制造塑料这件事变得与石油无关。为了实现这一目标，该公司通过专有的 Immobilization Engineering™、Cell-free Evolution™ 和 Interaction Engineering™ 技术对现有制造业工艺进行优化，进而取代传统石油工业。

截至目前，FabricNano 已经完成多轮融资，融资总额达 2260 万美元。其投资者中包括了知名演员 Emma Watson、推特联合创始人 Biz Stone 和拜耳前任首席执行官 Alexander Moscho 等人。

将酶类“固定”，实现工业化的无细胞制造

现如今，“无细胞生物制造”的概念和产业已经发展得如火如荼，酶类和催化过程构成了该领域发展的主旋律。在无细胞生物制造过程中，活细胞的作用被酶类取代。然而，由于成本、效率和可扩展性等问题的限制，该方法的产业化之路并不平坦。

FabricNano 的联合创始人兼首席执行官 Grant Aarons 表示，大多数微生物工厂都存在效率低下、以及难以控制规模化生产等问题。除此之外，想要脱离细胞实现酶的高效利用也很困难。因为酶在细胞外很难生存，大多数酶在细胞外几个小时就会被破坏或降解。

▲图丨Grant Aarons（来源：FabricNano）

“我们希望直接利用酶来生产化学品。但我们需要解决无细胞生物制造的根本问题，即一旦将酶带出细胞，它就会失效，大约一两个小时后机器就不再工作了，这就无法完成工业规模的制造。”

对此，FabricNano 构建起一种新型的多步骤流动反应器，该装置具有连续流化学制造方法的优势，包括灵活控制、纯度优化、低成本等。在此基础上，该公司重新设计了酶的序列来生产生化产品。

将酶放置在细胞外环境中通常会导致反应动力学不佳、变性或功能有限。而 FabricNano 的研究者发现，当他们把酶类与 DNA 支架结合之后，DNA 会支撑蛋白质并防止它们因重复使用而变质。

将这些酶固定在人造支架上，它们就能够在一个结构化的环境获得稳定性。经过设计的酶类与各种原材料一起，在载体材料上可以存活六个月至一年，从而可以在工业反应器中经济地使用。Aarons 指出，“从技术上讲，支架可以是任何东西，”他表示，研究团队甚至在藻酸盐珠和咖啡渣上进行过实验。

此后，FabricNano 成功地在不使用 DNA 的情况下保持了蛋白质的可重复使用性，这将使生产成本变得更低。这种固定化方法一方面提高了催化效率，另一方面，采取将酶类固定的方式也使得反应规模变得易于掌控。

“在此之前，没有通用的技术来固定这些蛋白质，这些问题限制了无细胞制造的发展。”Aarons 对此表示。

依靠技术授权改进传统石油工业

基于“无细胞制造技术”，FabricNano 已经可以生产 1,3-丙二醇等化学制品，该成分可以替代牙膏和洗发水中的聚乙二醇，从而有助于降低成本并替代化石燃料的生产来源。

除此之外， Aarons 表示 Fabric Nano 还可以制造四种额外的产品，但没有透露具体是什么类型。他表示 Fabric Nano 对“制药行业”和通用化学品感兴趣。“我们可以生产许多商品化学品。1,3-丙二醇只是冰山一角，”他表示。

然而，该公司的商业化策略并不在于产品售卖，而是技术授权。“我们不打算以足够的规模生产生物基塑料或生物基单体，”Aarons 指出，“我们希望为制造商提供技术，让他们能够以足够低的成本进行大规模制造。”

据其介绍，FabricNano 旨在将无细胞生物催化剂以及 Immobilization Engineering™、Cell-free Evolution™ 和 Interaction Engineering™ 产生的酶序列 IP 授权给已在其工艺和产品中使用酶的客户。当酶已经开发出来但却难以在无细胞环境中发挥作用时，获得授权的客户能够利用 FabricNano 的平台，从而改进工艺和产品。

这些生物催化剂可以直接进入现有的工业设备和工艺流程当中，Aarons 对此提示到。

（来源：FabricNano）

2023 年 4 月，FabricNano 与住友化学美国公司达成合作，将为各个应用领域的工业化学品开发生物制造工艺，以减少全球商品化学工艺的碳足迹。

“我们致力于无细胞生物制造领域。这是气候技术、合成生物学和工业转型的交叉点。”Aarons 强调道，“生物学有很多希望。如果我们考虑人类需要的所有材料，以及每天所消耗的材料。例如玻璃、混凝土或木材等等，实际上我们谈论的大多是石油衍生化学品。如果我们能够使用石油制作这些材料，为什么我们不能转而利用生物学来制造它们呢？”