21世紀經濟報道記者周慧 北京報道 

中國科學院天津工業生物技術研究所成功構建了靈活性、高效性及多功能性的人工生物系統，實現了多種己糖從頭精準合成，解決了糖分子立體結構可控的難題，為擺脫自然合成途徑、利用二氧化碳創造多樣的糖世界提供了可能。研究成果于8月16日選擇在國內頂尖刊物《Science Bulletin（科學通報）》發表。

近兩年，該所在合成生物領域取得了連續突破。2021年9月，該所還實現了國際上首次實現二氧化碳到淀粉的全人工合成。

2022年5月，國家發展改革委印發了《“十四五”生物經濟發展規劃》，明確將生物制造作為生物經濟戰略性新興產業發展方向，而合成生物學被稱為生物經濟的新引擎，近些年持續受到資本市場的關注。

二氧化碳到糖的精準全合成技術有哪些應用前景？未來產業化路徑如何？合成生物投資賽道現狀如何？8月21日，21世紀經濟報道記者聯系了中國科學院天津工業生物技術研究所以及行業專家、投資人等做行業前瞻。

二氧化碳“變身”糖

糖是人類生命活動及日常生活中的重要物質,也是當今工業生物制造的關鍵原材料。己糖是在自然界廣泛分布、與機體營養代謝最為密切的糖的統稱。迄今為止，人類對糖的獲取主要依賴于植物類生物質資源。

然而，這種傳統的“二氧化碳-生物質資源-糖”的加工過程，受到植物光合作用能量轉換效率限制；最重要的是，由于土地退化和短缺、生態系統退化、全球變暖導致的極端天氣和自然災害，依賴于糖類生物質資源的生產方式面臨著原料供應安全和風險等問題。

為解決這一系列問題，需要將這種傳統制糖過程向非糖類生物質資源制造模式轉變。

中國科學院天津工業生物技術研究所開發了人工轉化二氧化碳從頭精準合成糖技術，基于碳素縮合、異構、脫磷等酶促反應，與中國科學院大連化學物理研究所科研團隊合作，設計構建化學-酶耦聯的非天然轉化途徑，工程化設計改造酶蛋白分子的催化特性，實現了精準控制合成不同結構與功能的己糖，其碳轉化率高于傳統植物光合作用，同時高于已報道的化學法制糖以及電化學-生物學耦聯的人工制糖方法，是目前人工制糖路線中碳轉化效率的最高水平。與此同時，建立了可進一步延伸糖產物種類和構型的生物系統，可實現人工創造糖分子多樣性。

國際著名有機化學家，生物催化領域專家，德國科學院院士Manfred T. Reetz（曼弗雷德·雷茨）就本成果評價稱，將二氧化碳轉化為碳水化合物是一個特別有趣的想法，也是非常具有挑戰的。成果在這一競爭性研究領域取得了真正突破，提供了一種靈活性、多功能性和高效性糖合成路線，為綠色化學打開了一扇門。

產業化之路有多遠？

將二氧化碳作為工業原料，實現農業產品、石化產品的生物合成，被認為具有廣闊前景。

以中國科學院天津工業生物技術研究所的探索為例，該所提供的資料顯示，該研究成果是在二氧化碳合成淀粉基礎上的一個重大突破，顛覆了依賴糖生物質資源轉化制備復雜糖分子的范式，提供了一種靈活的、可拓展的糖制造模式，可獲得自然界含量稀少的功能糖分子，從而拓展應用范圍。

所獲得糖可作為原料應用于食品、醫藥等領域，還可作為工業生物制造關鍵原材料合成其他化學品，進一步滿足人類的其他物質需求，從而為負碳物質合成提供原料供給。

未來科研團隊通過該技術還能夠進一步合成寡糖、糖苷或糖醇等化合物，獲得自然界含量稀少甚至不存在的糖分子，作為原料應用于食品、醫藥和生物制造等領域。

21世紀經濟報道記者采訪獲悉，對于產業化路徑，目前該研究還在實驗階段，研究成果實現了人工精準合成己糖技術路線突破，但距離工業化生產還有很長的路要走，仍需要解決相關科學與工程技術問題。

九合創投創始人王嘯對21世紀經濟報道記者表示，該項技術的應用前景主要體現在實現從非生物質原料高效合成糖產品，減少對傳統農業資源的依賴，具有原料來源可持續性優勢。例如，以木薯為原料發酵生產糖所面臨的問題是：木薯中淀粉轉化成糖的效率較低；木薯種植需占用大量土地資源，擴大規模種植會排擠糧食作物，影響糧食安全。

可精準控制糖的立體結構，獲得自然界不存在或含量稀少的特殊糖分子，并且進一步合成糖苷、糖醇等高價值化合物，服務于食品、醫藥等領域，拓寬糖的應用范圍；可與其他生物過程耦合，實現從二氧化碳到更復雜有機化合物的轉化，有助于實現碳的高值利用，為全球控碳減碳提供新思路和新方法。

王嘯還表示，目前全球的碳封存計劃主要以森林種植和地質封存為主，如果利用該項新技術，將二氧化碳變廢為寶，無疑會對全球的碳中和運動產生積極影響。

綠洲資本董事總經理 Ivy對21世紀經濟報道記者表示，中國科學院天津工業生物技術研究所在之前已經全球率先實現了“二氧化碳人工合成淀粉”和“二氧化碳合成PHB”的實驗。國內西湖大學等其他科研院所也在探索“二氧化碳合成有機酸”等科研方向。此次“從二氧化碳到己糖的精準全合成”進一步證明了天工所為代表的科研院所在生物固碳科研上的領先地位。

Ivy介紹，自然界中普遍存在的通過光合作用將二氧化碳轉化為糖類物質的途徑能源轉換效率較低，且受各種干擾因素影響較大。催化反應能夠極大地提高轉化，穩定高效的生產各類己糖。己糖本身在下游醫療、食品、工業領域有較多應用場景，也可以作為原材料生產其他的生物發酵產品。這項技術如果能夠低成本的大規模普及，可以助力生物制造領域進一步發展。

中國科學院天津工業生物技術研究所所長馬延和2023年5月份在中關村論壇透露了二氧化碳人工合成淀粉項目的進展。馬延和說，現在的主要任務就是要解決這條途徑的經濟可行性問題，已建立了二氧化碳人工合成淀粉噸級中試裝置，目前正在進行測試，在理論、技術和工程上同步推進。

北京大學首都發展研究院副院長、北京大學深圳研究院碳中和研究中心副主任蔡滿堂21世紀經濟報道記者表示，上述研究是科研領域的一項重要突破。但從產業化角度來說，距離市場還有一定距離，產業化會充分考慮效率和成本的問題。過去十多年，合成生物領域是一個比較熱門的賽道，是面向未來的產業，也就意味著投資周期比較長。

對于合成生物領域的產業化突破，王嘯表示，破局關鍵是實現高效率的量產。首先要克服技術障礙，進一步優化和放大工藝，提升工藝穩定性與產率。如何在大規模生產中保持酶的高效有效催化，是合成生物學普遍面臨的難題。此外要提供有競爭力的價格。精密控制增加了對設備和工藝要求，提高了成本，未來在量產過程中如何降低單位成本，是能否產業化的關鍵。

Ivy提到，對一般的合成生物學產品的產業化，放大過程中的工藝改進是一個偏經驗驅動的工程性工作。產業化過程面臨的挑戰，一是從實驗室到放大的工藝探索，是不是能穩定的量產；二是能不能把成本真的降下來，讓產品有市場競爭力，科研團隊有時候和商業側的關注角度不同。

合成生物產業前景如何？

2022年，國家發改委印發第一個生物經濟五年規劃——《“十四五”生物經濟發展規劃》。其中提出了生物經濟發展階段目標，明確將生物制造作為生物經濟戰略性新興產業發展方向。

根據麥肯錫分析，生物制造的產品可以覆蓋 60％化學制造的產品，未來生物制造的方式有望對未來醫藥、化工、食品、能源、材料、農業等傳統行業帶來巨大影響，合成生物學相關市場未來將達到4萬億美金的市場規模，預計到2025年，合成生物學與生物制造的經濟影響將達到1000億美元。

業界寄希望于生物經濟能夠成為我國繼數字經濟之后的第二個新的經濟業態，而合成生物學被稱為生物經濟的新引擎。公開報道顯示，2021年全年合成生物學領域融資超過了前十年，一批合成生物領域初創企業進入市場。

蔡滿堂表示，合成生物是生物制造的基礎技術，過去十多年，合成生物領域是一個比較熱門的賽道，是面向未來的產業，也就意味著投資周期比較長，需要解決產業化的問題。蔡滿堂比較看好大宗化學品領域的生物制造，因為市場規模比較大，產業化路徑也更短一些，從投入到產出的效率更高一些。

九合創投于2021年投資的態創生物是全球首批實現多種物質量產的合成生物制造平臺，已完成了從研發到生產全鏈路的技術覆蓋。王嘯表示，目前中國合成生物領域投資人更深入各家公司的技術細節，關注目標產物的產率和品質究竟如何、將替代或創造哪部分需求、市場占有率能達到多少等。合成生物公司要具備建廠量產和商業化的能力，才能跨越從分子細胞工廠到規?；慨a的鴻溝。

Ivy表示，行業端，工業生產制造、農業生物技術、生物醫藥等都是合成生物學能直接應用的下游場景。受近兩年疫情影響，發展速度因研發、實驗室及工廠建設進度不如預期等等相對放緩。但頭部企業還是保持了高速增長。綠洲投資的一兮生物等創業企業也進展順利，并完成了新一輪的融資。合成生物最后還是落腳到生物制造端，行業中的企業也都在快速的推進量產的進程，中國在這個產業發展過程有望充分發揮制造的優勢。