实时焦点：擎科生物丨“基因工厂”，做提出者也做践行者-- 迪族网

实时焦点：擎科生物丨“基因工厂”，做提出者也做践行者

来源：亿欧网　2023-01-16 12:28:04

新冠疫情发生以来，mRNA疫苗的火热加速了核酸药物领域的发展。mRNA疫苗表现在研发效率和药效上的优越性，让核酸技术声明远扬，国内外资本瞄准该市场的巨大潜力纷纷布局。

(资料图)

核酸药物领域只是生物行业火热的一个缩影，如何从技术到产业，再到整个生物经济的繁荣发展是世界各国更为关注的问题。2022年5月，国家出台了《“十四五”生物经济发展规划》，这是中国首个“生物经济”的顶层设计，旨在推动中国加速融入全球生物技术的演进趋势、实现高水平科技的自立自强。

自立自强意味着在整条产业链都要自主可控，体外核酸合成作为生物技术的基石，是关键原料获得的主要手段，其大规模生产和保质保量稳定供应也成为相关领域商业化的重要因素。但在国内核酸合成产业链中，生产要素依赖国外进口问题严重，国际巨头公司先发优势累积的壁垒依然高耸，让我国生物经济快速发展面临挑战。

“擎科的意义就在于对壁垒的不断突破。”擎科生物副总裁杜军告诉亿欧大健康，经过2017年重组，擎科生物已经实现了利用人工智能算法搭载自动化生产平台完成基因合成全产业链的产品研发和生产，杜军称之为“生产要素的自我聚集（自主研发）。”

擎科生物副总裁杜军

北京擎科生物科技有限公司是一家合成生物学国家高新技术企业，从事合成基因组学与生物合成产品的研究、开发，并参与国家酵母基因组合成计划。2022年，擎科生物相继公告完成近2亿元A轮以及4亿元的B轮融资，主要用于擎科生物基因工厂的研发投入、技术平台升级和人才团队的扩充以及推进国际化经营的布局。

杜军表示，擎科生物是“基因工厂”概念的提出者，也是践行者，实现生产要素的自我聚集只是第一步。如何突破核酸生产上游原料生产在工艺放大和质量控制上的壁垒，如何匹配不同的合成通量/载量并在生产过程中自动化集成合成设备以达到降本、增效是基因合成产业的永恒主题。

解决生物经济的“卡脖子”之痛

全球生物技术和产业呈现加速发展趋势，主要发达国家纷纷对发展生物产业作出部署，作为获取未来科技经济竞争优势的一个重要领域。在《“十四五”生物经济发展规划》中，生物经济被定义为由生命科学、生物技术发展进步和普及应用为基础的新经济形态，以广泛深度融合医药、农业、林业、能源、环保、材料等产业为特征。

众多生物技术应用领域的上游都离不开基因合成。例如前文提到的小核酸药物被喻为“全球制药领域第三次浪潮”，其本质就是合成一段短链核酸，通过在转录后水平干扰靶基因表达来实现疾病治疗的目的。国外巨头公司对于上游原料市场早已布局，而我国核酸药物上游市场仍处于萌芽阶段。合成仪器相关配套设备的自主研发，核酸合成生产的工艺放大和质量控制等方面能否保证上游原料的开发与生产跟上逐级扩大的市场规模，攻破卡脖子环节是生物经济全球化竞争中的关键难题。基因合成产业链的“国产替代”将是国家在未来打破生物经济瓶颈的重要一环。

而作为上游基因合成赛道的佼佼者， 擎科生物是国内唯一实现了原料、酶、底盘细胞等元件，以及分离纯化技术等工艺完全自主的基因合成智能化生产企业。 擎科生物始终以核酸生产为主线，“基因工厂”的实现水到渠成。

打造全生产要素自主的“基因工厂”

在基因合成服务中，基因序列必须完全正确，因此 企业的核心竞争力体现在“合成价格”与“交付周期”两方面，与之对应，“低成本”和“高效率”则成为了市场对基因合成服务供应商提出的新要求 。低成本需要 “生产要素自主”，高效率就要“自动化”，这也是构成擎科生物“基因工厂”的核心。

生产要素自主首先体现在核心关键载体CPG和高纯度合成原料上。擎科生物子公司迪纳兴科自主研发了DNA合成试剂、合成单体、修饰单体与CPG、条状分子筛、合成柱等一系列产品，已经成为国内DNA合成试剂的主要供应商之一，产品可服务于各类长度的基因合成。

以擎科生物自身的基因合成业务为例，按合成序列长短划分可以分为三类：小于300nt的引物合成、300bp到5Kb的基因合成，以及5Kb以上的基因组合成。小于300bp直接由仪器设备化学合成；300bp到5Kb的基因合成需要进行Overlap PCR，通过关键酶将不同来源的扩增片段重叠拼接；5Kb以上的基因组则需要在酵母细胞内进行组装。

在上述三类基因合成业务中，除了化学合成工艺，关键酶、酵母细胞等生产要素外，拥有独立知识产权的合成仪器和配套设备也是擎科生物能有效地控制成本的主要原因之一——进口仪器不仅价格高昂，还会附加很高的后期维护、试剂消耗成本。

因此，擎科生物在仪器、设备方面同样选择了自主道路，已成功研发20款合成仪与10余款基因合成配套设备，其中包括768通道合成仪、引物自动化合成系统，以及1.5Kb基因合成自动化合成系统。这些突出成果帮助擎科生物具备了从引物合成原材料，DNA合成仪制造到引物合成纯化新工艺的一体化优势。擎科生物自主生产的试剂与自动化设备的高度匹配，使引物合成在确保正确率的同时做到人均生产效率翻倍。

目前，擎科生物已有13项产品通过三新产品认证，拥有自主知识产权256项，并获评国家高新技术企业，成为中国生物发酵产业协会理事单位，参与了国家级科研项目3项，承担了省部级科研项目两项。

杜军指出，“擎科致力于为中国生物经济发展提供突破国外垄断的底层技术。自主知识产权将是中国生物经济的有力支撑。未来在基因合成领域，中国可能会涌现出更多这样的企业，我们也将再接再厉，保持不断创新，助力中国生物经济发展，为生命科学、医疗健康等产业贡献力量。”

智能化串联，自动化生产

擎科生物对自己提出的基因工厂概念已经做出了一系列创新实践，包括对5Kb以下的短片段的自动化生产；在长片段范围实现160Kb长度的超长片段合成，以及将“DBLT”系统概念移植到基因合成领域，并为提升交付质量研发了序列深度优化技术。

在基因合成赛道，自动化是基因工厂的必备要素之一。24小时生产意味着更短的交付周期。然而，做到自动化且高通量的基因合成并非易事，技术研发需要同时涉及化学、生物学、工程学等多门学科。高通量合成也可以使基因合成产生规模效应,掌握相关技术的企业在基因合成领域中将以更低的成本合成更多的基因。擎科生物打造的自动化产线涉及数十台设备，效率提升显著，比传统合成更稳定、高效，而且成本更具优势。

长片段合成技术

未来，长片段的合成将是DNA数据存储，底盘细胞等应用场景的重要支撑，虽然目前对应的下游应用场景较少，却是基因合成厂商在技术储备上不可回避的一环。事实上，随着基因合成长度增加，合成难度也在加大。化学合成理论上无法保证中间环节中每一步反应效率达到100%，因此基因合成正确率会随着长度上升呈指数级下降。

在长链基因合成领域，擎科生物开发超了长片段的快速基因合成技术，可以准确无误地完成长达160Kb的基因合成组装。而这种长度的基因合成不仅考验每一步反应的高准确性，更是对合成序列的路径设计提出了更高要求。

DBLT系统的应用

“并不是所有的基因序列都能被合成出来，AI可以代替人工进行设计，如何将一条目标序列拆分成若干较短的序列。而目标序列越长，设计的重要性就越会得到体现。”杜军介绍，擎科生物用于拆分序列的AI算法同样出于自身研发。

除此之外，擎科生物还提出在基因合成领域打造“DBLT”（Design、Build、Learn、Test）智能化合成系统。擎科生物相信，智能化将改变生产关系，其人工智能系统包含生产环节的计算逻辑、流转的衔接、质控记录直至最终交付，基于“DBLT”的智能化质控可以保障更稳定的交付质量。

值得一提的是，在提升交付质量的工作上，擎科生物还大力投入研发，依靠生命科学、计算机科学等多重专业背景，开发出了序列深度优化技术。序列深度优化技术是一种在不改变基因编码蛋白质的前提下对基因的序列进行深度优化的算法。其通过特定算法将整体调整基因序列的gc含量、特殊结构等影响基因合成和蛋白表达的近200种因素。经过深度优化技术优化的基因序列，可以大幅度降低合成难度，同时显著提高后续蛋白的表达水平。

擎科生物基于创新的基因智能分子拆分及组装技术，结合AI算法，将原料、设备、工艺串联起来，搭建起智能化生产线，并通过精准的基因检测质检技术，共同实现了低成本、高效率、高品质的合成服务。以基因双螺旋一般的自旋力，无缝搭载各模块带动数倍于自身的复杂整体前行。“创新是无止境的，为生命科学、为医疗健康、为我们每一个人的美好生活，这一直是擎科不断突破的原动力。”

关键词：基因合成生物技术经济发展

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