但我们看到的工厂却是这样的:厂房在安静的写字楼,车间像实验室一样洁净,“工人”是发酵罐中的大肠杆菌。
在这个神奇的“细胞工厂”里,给大肠杆菌细胞“种”入源自人类基因的“密码子”,就能生产出让皮肤Q弹的胶原蛋白。
这个新近投产的“细胞工厂”是如何工作的?产品从研发到上市,十年磨一剑的背后,有着怎样的创新故事?
3月22日,河北纳科生物有限公司研发实验室内,研发员正在进行人源化胶原蛋白产品检验。何凯达摄
有这样一群24小时卖力工作还不要工钱的“工人”,它们数以亿计,在一家很特别的工厂工作。
3月11日,河北纳科生物科技有限公司的微生物发酵间。一台两米多高的发酵罐,连接着密密麻麻的管子,车间主任谷辉峰正通过显示器,观察罐内菌体的生长状态,记录下发酵过程的数据。
“我们的‘工人’就在里面。”谷辉峰指着巨大的发酵罐说,“工人”其实是经过改造的工程菌——大肠杆菌。
此时此刻,大肠杆菌正在合成一种人体所需的蛋白质——重组Ⅲ型人源化胶原蛋白。
原来,这座“细胞工厂”,是以合成生物技术为平台,利用基因工程、基因编辑等技术建立的微生物工厂。它生产的重组Ⅲ型人源化胶原蛋白,是当下热门的生物合成新材料,可用于面膜、人工角膜、人工皮肤等美容产品、医疗器械的制作。
“主要是从牛蹄筋、猪皮、鱼皮等动物组织中提取,但因为它与人体不同源,致敏率较高,还有可能将动物携带的病毒传染给人。”纳科生物总经理徐兰举说。
人源化胶原蛋白的生产的基本工艺,完全颠覆了原有的技术路径,要到人类自身的基因中寻找答案。
“我们把人体内负责合成胶原蛋白的100多种基因序列、片段,称为‘密码子’,要把它‘种’到大肠杆菌细胞体内,完成特定蛋白质的合成。”纳科生物研发总监齐磊说。
因为理论上可行的“密码子”,在实际“种”到细胞体内后,并不一定会顺利复制、转录、翻译,合成蛋白质。
合成的蛋白质太少,或根本不合成,或合成的同时产生大量不需要的物质,都意味着失败。
技术人员能做的,就是不断试错。把不同的基因序列、片段排列组合,每种可能性逐一试验,直到筛选出功能最好、产量最大的基因“密码子”。
它要求提纯后的胶原蛋白“零杂质”,与人体100%一致。而细菌代谢过程中,会产生不需要甚至有害的副产物,会影响纯度。
“要分析、找到并截断副产物的生产通路,还要不影响胶原蛋白的生产。”齐磊说,为此,车间里所有的生产设备只能根据公司技术路线专门定制。
“我当时激动得专门发了朋友圈!”徐兰举找到那张拍摄于2020年的历史性图片——一个拇指大小的棕色小瓶里,盛放着浅浅一层白色絮状胶原蛋白,只有几毫克。
2023年12月,纳科生物的“细胞工厂”正式投产。如今,公司制作的胶原蛋白在市场上供不应求,年产值预计在1亿元以上。
3月22日,河北纳科生物有限公司微生物发酵车间,技术人员正在观察菌体生长状态,并记录发酵过程数据。何凯达摄
3月11日,纳科生物和南开大学生命科学学院生物活性材料教育部重点实验室,确定要共同开展骨软骨修复再生材料的研发合作。
这种新材料如果研发成功,可以引导人体受损软骨再生,同时材料自身逐渐代谢消失,解决软骨无法再生的医疗难题。
“南开大学的团队,做骨软骨修复再生研究已经七八年,需要产业化平台落地;我们最新的重组Ⅱ型人源化胶原蛋白刚做出来,它正是合成骨软骨的功能蛋白。”徐兰举说,双方一拍即合。
徐兰举研究生毕业于南开大学,南开大学教授王淑芳是他多年的合作专家。此前,双方已在人源化胶原蛋白研发中多次合作。这一次,正是基于长期了解、信任基础上的“双向奔赴”。
人源化胶原蛋白的研发,不仅有南开专家的鼎力相助,还有中国科学院国家纳米科学中心的支持。
“我们大量的中试试验,是在国家纳米科学中心的实验室完成的。没有中科院的帮助,再给我们三五年也未必能出成果。”徐兰举说。
“一台检测设备就要300多万元,我们的创业启动资金总共才这么多。”徐兰举说。
技术攻坚期的两年,徐兰举频频往返北京、石家庄之间。为了更好的提高研发效率,他还派出1名技术人员常驻国家纳米科学中心。
双方合作多了,该中心研究员、生物材料和纳米医学领域专家梁兴杰,还被纳科生物聘为首席科学家。
如今在徐兰举的微信朋友圈,仅来自京津生物制造领域的专家学者就有二三十位。而在企业的一张张专利证书上,专利持有人一栏也能看到京津专家的名字。
在名为“胶原”的微信群里,一年就有千余条群消息,来自京津冀科研院所及高校的十多位专家,在胶原蛋白研发阶段还约定了“周例会”制度,每周就研发中遇到的新问题线上开会讨论。
2022年,纳科生物加入京津冀基础研究合作专项项目,与北京大学附属口腔医院、天津口腔医院、南开大学合作研发口腔领域的生物材料。
“这些合作伙伴带给我们的不仅是技术支撑和临床反馈,还有很多市场新需求、新动向,为我们的研发方向打开了新思路。”徐兰举说。
2022年12月,纳科生物搬迁到石家庄高新区京津冀协作创新示范园,这里是石家庄建设的京津产业转移、技术转化的重要基地。
“借助园区的天时地利,我们和京津冀专家、上下游同行的合作一定会更加紧密。”徐兰举说。
3月22日,河北纳科生物有限公司纯化车间,工作人员正在检测人源化胶原蛋白产品纯化数据。何凯达摄
3月12日,纳科生物又有两项技术专利获得国家知识产权局批复,一项是修复角膜损伤的滴眼液,一项是能促进头发生长的喷雾。
如今的“细胞工厂”,已经变身成一个生物制造平台,建设了微生物菌种库,可以规模化生产多种人源化胶原蛋白。
但如果没有及时到来的300万元奖励资金,纳科“细胞工厂”里的一切,都将无从谈起。
徐兰举和团队正为筹钱四处奔走——重组Ⅲ型人源化胶原蛋白的技术路线打通了,却没有资金支持产业化落地。
徐兰举见了几十位投资人,一遍遍向投资人解释这项合成生物技术的产业化前景。
当时全国已经有2家企业,实现了重组Ⅲ型人源化胶原蛋白的量产,纳科生物的技术,还“躺在实验室”。
“500多家企业申报,你们总分第一!”2022年4月21日,徐兰举接到了省科技厅的电话通知,前不久企业申报的“河北省科技厅重大科学技术成果转化专项”评审结果出来了。
原来,申报初期,抱着“重在参与”的心态,纳科生物提交了重组Ⅲ型人源化胶原蛋白制备方法研究成果的材料。
“我们这家小企业能入选,还是第一名,真是没想到。”徐兰举当时的诧异多于惊喜——500多家参评企业中,只选40家奖励,其中很多都是实力强的大企业,怎么能轮到纳科生物呢?
500多家企业递交的申报材料,全部隐去企业信息。同时,在全国范围内筛选专家,专家从技术成熟度、创新度、先进度等多维度综合打分,网评系统自动排名,企业技术成果得分高低全凭实力。
“300万元,这可不是一笔小钱,我们‘细胞工厂’的第一批生产设备,都是用这笔钱买的。”徐兰举说,“细胞工厂”的建设,这300万元成了重要的启动资金。
还有一个“没想到”,是纳科生物在业内苦苦找不到投资人的时候,全国的项目评审专家,用这种方式,给重组Ⅲ型人源化胶原蛋白的产业化前景“高分认证”。
如今,纳科生物成为河北唯一一家可以在一定程度上完成重组Ⅲ型人源化胶原蛋白量产的企业。而有这样能力的企业,目前全国也只有3家。
因为技术成熟、产业化进程快,纳科生物还参与了国家5项胶原蛋白行业标准、团体标准的制定,让企业进一步掌握了行业话语权和主动权。
“现在的‘细胞工厂’,除了满足生产,还将成为企业新的中试转化中心,研发用于医疗、农业、环保等领域的合成生物新材料,如让皮肤无痕愈合的医用缝合线、能完全降解的生物塑料等。”徐兰举说。(河北日报记者 李冬云 周洁 张晓超)
科技创新形成新质生产力,既要重视“从0到1”的原始创新,更要关注“从1到无穷”的成果转化应用。
让纳科生物受益的科技成果“双盲”评审,就是从制度层面打通堵点卡点的一次评审流程再造,也是深化科技体制改革的一次积极探索,目的是要减少人为因素干扰,破解由于本地评审专家“圈子化”“熟面孔”过多而造成的违法违反相关规定的行为,从根本上保障评审结果公正、透明,打消企业的“陪跑”顾虑,让真正“硬核”的技术获得政策等更多方面支持。
加快形成新质生产力,还要呼唤更多像“双盲”评审一样的机制创新,打通束缚新质生产力发展的堵点卡点。只有不断破除深层次体制机制障碍,才能充分激发全社会创新创业创造活力,让各类先进优质生产要素顺畅流动和高效配置,提升河北在新兴起的产业和未来产业的核心竞争力。
对于生物制造,我们耳熟能详的可能是生物医药,因为河北有全国重要的生物制药基地,有石药等5家全国医药工业百强企业,还有华药微生物药物国家工程研究中心等创新平台。
其实,除了生物医药,生物制造还涵盖生物食品、生物材料、生物能源等产业。在这些领域,河北也涌现出华恒生物、晨光生物、一然生物等行业单项冠军。
其中,华恒生物是全球最大的丙氨酸生产企业,保利瑞合是全球最大的5-羟色氨酸生产企业,晨光生物、一然生物分别是全国最大的天然色素和益生菌剂生产企业。
此外,产业要素加快汇聚,石家庄国家生物产业基地、唐山生物能源产业基地、邯郸生物色素产业基地、山海关生物制造产业园等聚集效应初显。
比如,河北生物制药企业密集,而从抗生素产业链延伸出去,会裂变产生很多新产品,除了药物,像化妆品、特种材料等,都可以通过药企的发酵基地来进行研发。
但需要注意的是,我省生物制造业亟待解决研发能力较弱、创新同质化严重、技术成果转化率低等问题。
当前我国生物制造已步入新的发展阶段,得益于基因编辑、新一代信息技术的突破,合成生物技术正在快速实现产业应用。
积极抢占生物制造产业风口,广东、上海等地通过政策加码助力,开辟生物制造特别是合成生物新赛道。
上海不久前出台相关方案,提出加快发展合成生物,到2025年,形成一批相关重大原创科研成果;到2030年,建设合成生物全世界创新策源高地、国际成果转化高地和国际高端智造高地,基本建成具有全球影响力的高端生物制造产业集群。
去年5月,省政府印发《河北省支持生物制造产业高质量发展若干措施》;去年7月,河北发布全国首部生物制造产业高质量发展蓝皮书,同时京津冀联合发布生物制造产业联盟倡议书。
系列举措透露出一个明确信号:发挥河北产业优势,打造覆盖全产业链的生物制造创新生态系统。
瞄准生物制造全产业链,河北将汇聚一批上下游配套企业,吸引国内外知名生物制造企业设立区域总部、研发中心、生产基地,加速构建产业链上下游协同发展的良好生态,形成优势互补、错位发展、协同联动的产业发展格局。
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