繼前文《建立評(píng)估模型判斷合成生物學(xué)項(xiàng)目離產(chǎn)業(yè)化有多遠(yuǎn)》，筆者談到只有在技術(shù)可行性、生產(chǎn)可控性、商業(yè)合理性這三個(gè)維度均跨越臨界點(diǎn)的項(xiàng)目，才能最終走出實(shí)驗(yàn)室，重塑產(chǎn)業(yè)格局。并在這三個(gè)維度下，分六個(gè)方面，設(shè)立十二項(xiàng)獨(dú)立指標(biāo)構(gòu)建評(píng)估模型。其應(yīng)用可在項(xiàng)目研發(fā)時(shí)直觀項(xiàng)目的短板；可在項(xiàng)目中試時(shí)指導(dǎo)資源分配；還可在項(xiàng)目放大時(shí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。
技術(shù)可行性維度包括改造菌株的穩(wěn)定性與發(fā)酵工藝的可行性兩個(gè)方面。設(shè)立改造菌株的傳代穩(wěn)定性（Passage Stability, PS）與遺傳漂變率（Genetic Drift Rate, GDR），發(fā)酵工藝的溶氧控制精度（DO Control, DOC）與碳源轉(zhuǎn)化率（Carbon Conversion Rate, CCR）4個(gè)指標(biāo)。下面先再談技術(shù)可行性。
一、PS（Passage Stability）與GDR（Genetic Drift Rate）是合成生物學(xué)項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中最核心的遺傳穩(wěn)定性指標(biāo)，直接決定改造菌株能否在放大時(shí)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
PS（傳代穩(wěn)定性）：工程菌在連續(xù)傳代過(guò)程中，目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率（或目標(biāo)基因表達(dá)水平）的下降率。一般要求PS小于10%（傳代50次），以至少滿足半年的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。
某青蒿素項(xiàng)目，將青蒿酸合成基因簇整合至基因組安全港，避免端粒區(qū)域的不穩(wěn)定性，使得PS為7.3%，項(xiàng)目成功。而某產(chǎn)油酵母項(xiàng)目，CRISPR編輯將產(chǎn)油基因插入端粒附近，傳代中染色體末端逐漸丟失，導(dǎo)致PS為83%，項(xiàng)目失敗。
GDR（遺傳漂變率）：工程菌在傳代過(guò)程中，基因組發(fā)生非目標(biāo)突變的頻率（單位：突變/堿基/代）。一般要求GDR小于1e-6/代，以確保遺傳穩(wěn)定性。
某枯草芽孢桿菌生產(chǎn)維生素B2項(xiàng)目，采用CRISPR-Cas12a編輯，結(jié)合全基因組重測(cè)序篩選，GDR為3e-7/代，項(xiàng)目成功。而某大腸桿菌生產(chǎn)靛藍(lán)（染料）項(xiàng)目，GDR高達(dá)2e-5/代，傳代中關(guān)鍵基因常發(fā)生點(diǎn)突變，菌株失控使得靛藍(lán)產(chǎn)量從最高15g/L降至平均2g/L，項(xiàng)目失敗。
最 理想狀態(tài)是低PS與低GDR的組合。某長(zhǎng)鏈二元酸項(xiàng)目，其熱帶假絲酵母菌株，PS為5%，GDR為5e-7/代。項(xiàng)目非常成功，12萬(wàn)噸級(jí)工廠持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。與之相反的最差狀態(tài)是高PS與高GDR的組合。某合成香料（香蘭素）酵母項(xiàng)目，其菌株P(guān)S為35%，GDR為8e-6/代。到中試階段即失敗，損失超過(guò)1億元。
更多地，在兩個(gè)指標(biāo)的不協(xié)調(diào)情況下，取舍的建議是PS優(yōu)先于GDR。因?yàn)镻S直接影響短期放大穩(wěn)定，而GDR決定長(zhǎng)期菌株波動(dòng)，產(chǎn)業(yè)化初期應(yīng)優(yōu)先控制PS小于10%。即優(yōu)先選用PS低的策略，相同策略下優(yōu)先選用PS低的菌株。
二、DOC（Dissolved Oxygen Control）與CCR（Carbon Conversion Rate）是合成生物學(xué)項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化中工藝可行性與經(jīng)濟(jì)性的核心指標(biāo)，直接決定發(fā)酵效率與成本競(jìng)爭(zhēng)力。
DOC（溶氧控制精度）：工業(yè)發(fā)酵罐中溶氧量的波動(dòng)范圍，通常以設(shè)定值的百分比偏差（±%）衡量。溶氧不足或過(guò)載均會(huì)觸發(fā)微生物代謝途徑切換（如從好氧代謝轉(zhuǎn)向乙酸合成）。一般要求DOC在±10%以內(nèi)，以確保菌體處于最佳代謝狀態(tài)。需要特別指出的是這個(gè)不是指設(shè)定波動(dòng)值，是指工藝設(shè)備的能力。
某鋼廠廢氣制乙醇項(xiàng)目：采用與菌株、工藝配套的新型的氣升式反應(yīng)器，結(jié)合在線DO傳感器與動(dòng)態(tài)補(bǔ)氣策略，DOC控制在±2%，乙醇產(chǎn)率提升至92%，項(xiàng)目一次成功。而某蝦青素項(xiàng)目，放大至10噸發(fā)酵罐時(shí)，攪拌器設(shè)計(jì)與菌株、工藝不配套，DOC超過(guò)±20%（溶氧設(shè)定30%時(shí)，罐體底部溶氧小于10%），觸發(fā)乙酸合成途徑，蝦青素產(chǎn)率從2g/L暴跌至0.5g/L，項(xiàng)目未能一次成功。
CCR（碳源轉(zhuǎn)化率）：?jiǎn)挝黄鹗嘉镛D(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物的效率，CCR=產(chǎn)物量/起始物量×100%，前期小試文章中一般為摩爾數(shù)/摩爾數(shù)，產(chǎn)業(yè)化時(shí)一般可直接表示為質(zhì)量/質(zhì)量。這個(gè)指標(biāo)因不同類項(xiàng)目而差別很大。氨基酸項(xiàng)目較高而萜類項(xiàng)目較低；且即使同一類，具體到不同的產(chǎn)品其差異也很大；再有不同的底盤菌株與不同的代謝路徑設(shè)計(jì)其差異也較大，故此在同一階段這個(gè)指標(biāo)也可作為評(píng)價(jià)菌株的一個(gè)指標(biāo)。
某長(zhǎng)鏈二元酸項(xiàng)目，優(yōu)化熱帶假絲酵母的β-氧化途徑，阻斷副產(chǎn)物合成，CCR達(dá)88%，生產(chǎn)成本較化學(xué)法降低40%，項(xiàng)目一次成功。某生物基丁二醇項(xiàng)目，大腸桿菌代謝網(wǎng)絡(luò)未閉環(huán)，30%碳源流向副產(chǎn)物乙酸，CCR為47%，因生產(chǎn)成本過(guò)高而未能一次成功。
一般地，項(xiàng)目放大時(shí)需降低DOC，設(shè)備選型前采用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）模擬優(yōu)化反應(yīng)器流場(chǎng)，優(yōu)化攪拌器與發(fā)酵罐罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可適量降低DOC；而提升CCR，需更換已經(jīng)成功敲除競(jìng)爭(zhēng)途徑基因，增強(qiáng)目標(biāo)途徑通量的菌株，再優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基，調(diào)整放大發(fā)酵工藝，減少副產(chǎn)物可適量提升CCR。
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