70年前的1953年4月，沃森（J.D. Watson）和克里克（F.H.C. Crick）提出遺傳物質(zhì)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，揭開神秘的生命面紗。經(jīng)過70年發(fā)展，人類對生物技術(shù)的認知，從解構(gòu)（re-solve）走向了重建(re-bulid)。

借助合成生物學(xué)技術(shù)，我們可以對微生物進行編程以制造特定化合物，這一過程稱為“生物制造（bio-made）”。此類技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化可以促使生物基原料替代石化原料來制造塑料、燃料、材料和藥品等產(chǎn)品。

在技術(shù)進步推動產(chǎn)業(yè)變革時，新一輪的技術(shù)競爭也在全球范圍內(nèi)悄然展開。2022 年 9 月 12 日，美國總統(tǒng)拜登已經(jīng)正式簽署了一項行政命令，以啟動“?國家生物技術(shù)和生物制造計劃”?（National Biotechnology and Biomanufacturing Initiative）。預(yù)測在本世紀末之前，生物工程可能占全球制造業(yè)產(chǎn)出的三分之一以上，價值接近30萬億美元。同年，中國發(fā)改委也明確將合成生物學(xué)列入《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》，生物基材料、新型發(fā)酵產(chǎn)品、生物質(zhì)能、生物制造成為備受重視的前沿領(lǐng)域。

在此發(fā)展背景下，2022 年 6 月，由美國國防部支持美國生物制造的公私合作項目BioMADE，發(fā)布了一份關(guān)于推進生物反應(yīng)器設(shè)計和開發(fā)的特別項目呼吁。作為回應(yīng)，2023 年 4 月 19 日，BIoMADE 宣布五個新項目，這些項目專注于開發(fā)更高效、成本更低廉、更靈活且可重新部署的生物反應(yīng)器，以推進美國生物經(jīng)濟和生物制造目標的實現(xiàn)。

由 BioMADE 成員 Capra Biosciences 公司、Amyris 公司、Geno 公司和來自愛荷華州立大學(xué)的兩個團隊領(lǐng)導(dǎo)的項目團隊提出了生物反應(yīng)器硬件、軟件、傳感器、建模和自動化方面的技術(shù)創(chuàng)新，以在商業(yè)規(guī)模上更高效地生產(chǎn)生物基產(chǎn)品。

項目包括：

（1）開發(fā)連續(xù)式 Taylor Vortex 發(fā)酵-提取-分離器：通過將產(chǎn)品提取和分離集成到生物反應(yīng)器本身，研究人員將提供靈活、模塊化和可重新部署的生物反應(yīng)器設(shè)計。成員：愛荷華州立大學(xué)

（2）生物反應(yīng)器梯度的建模和模擬以預(yù)測放大性能：該項目側(cè)重于開發(fā)和驗證工作流程，以根據(jù)實驗室實驗預(yù)測演示規(guī)模的產(chǎn)油發(fā)酵性能。成員：Geno 公司

（3）將基于廢物的原料轉(zhuǎn)化為維生素 A 的模塊化生物膜反應(yīng)器：項目合作伙伴將推進關(guān)鍵生物反應(yīng)器自動化、下一代傳感和新型連續(xù)流分離方法，以將Capra Biosciences 公司的生物膜反應(yīng)器擴大為自動化試驗工廠。成員團隊：Capra Biosciences 公司、波士頓大學(xué)、Next Rung Technology 公司

（4）用于機器學(xué)習(xí)（ML）的產(chǎn)品質(zhì)量傳感器-模塊化生產(chǎn)工廠的流程優(yōu)化和控制：這個由學(xué)術(shù)和行業(yè)研究人員組成的團隊將創(chuàng)建一個通用的機器學(xué)習(xí)框架，用于優(yōu)化和控制生物反應(yīng)器，以減少設(shè)計新流程和改進所需的資源產(chǎn)品質(zhì)量貫穿整個生產(chǎn)過程。成員團隊：愛荷華州立大學(xué)、諾維信公司

（5）MONDE 項目：為了盡量減少或消除某些重組產(chǎn)品的抑制作用，該項目將評估對無菌生產(chǎn)發(fā)酵罐的設(shè)計和操作的修改。成員團隊：Amyris 公司、Sudhin Biopharma 公司

曼森平行生物反應(yīng)器JOY1-500

優(yōu)異的平行性?同一實驗在不同的反應(yīng)器上獲得相同的實驗結(jié)果，極低的系統(tǒng)誤差，保證了設(shè)備間重現(xiàn)性

補料的精確性?補料控制精度高，正常＜2%，不超過5%；速度可以控制到100ul/小時

操作的易用性?一個人可以操作16個發(fā)酵罐，一個100㎡的實驗室可以放置200多個JOY4型反應(yīng)器

控制的先進性?領(lǐng)先的AFDP主板芯片控制技術(shù)，控制精度高、故障低、易維護

檢測可擴展性?可接40多個外設(shè)傳感器，如拉曼、紅外、活細胞等新型傳感器，并實現(xiàn)自由通訊

信息來源：https://www.biomade.org/news/new-bioreactor-innovation-projects-announced

Mediacenter Editor?|?曼森編輯

文章來源：本文由中科院上海生命科學(xué)信息中心與曼森生物合作供稿

排版校對：劉娟娟編輯?

內(nèi)容審核：郝玉有博士

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