继前文《建立评估模型判断合成生物学项目离产业化有多远》，笔者谈到只有在技术可行性、生产可控性、商业合理性这三个维度均跨越临界点的项目，才能最终走出实验室，重塑产业格局。并在这三个维度下，分六个方面，设立十二项独立指标构建评估模型。其应用可在项目研发时直观项目的短板；可在项目中试时指导资源分配；还可在项目放大时进行风险预警。
技术可行性维度包括改造菌株的稳定性与发酵工艺的可行性两个方面。设立改造菌株的传代稳定性（Passage Stability, PS）与遗传漂变率（Genetic Drift Rate, GDR），发酵工艺的溶氧控制精度（DO Control, DOC）与碳源转化率（Carbon Conversion Rate, CCR）4个指标。下面先再谈技术可行性。
一、PS（Passage Stability）与GDR（Genetic Drift Rate）是合成生物学项目产业化进程中最核心的遗传稳定性指标，直接决定改造菌株能否在放大时长期稳定运行。
PS（传代稳定性）：工程菌在连续传代过程中，目标产物产率（或目标基因表达水平）的下降率。一般要求PS小于10%（传代50次），以至少满足半年的连续稳定生产。
某青蒿素项目，将青蒿酸合成基因簇整合至基因组安全港，避免端粒区域的不稳定性，使得PS为7.3%，项目成功。而某产油酵母项目，CRISPR编辑将产油基因插入端粒附近，传代中染色体末端逐渐丢失，导致PS为83%，项目失败。
GDR（遗传漂变率）：工程菌在传代过程中，基因组发生非目标突变的频率（单位：突变/碱基/代）。一般要求GDR小于1e-6/代，以确保遗传稳定性。
某枯草芽孢杆菌生产维生素B2项目，采用CRISPR-Cas12a编辑，结合全基因组重测序筛选，GDR为3e-7/代，项目成功。而某大肠杆菌生产靛蓝（染料）项目，GDR高达2e-5/代，传代中关键基因常发生点突变，菌株失控使得靛蓝产量从最高15g/L降至平均2g/L，项目失败。
最 理想状态是低PS与低GDR的组合。某长链二元酸项目，其热带假丝酵母菌株，PS为5%，GDR为5e-7/代。项目非常成功，12万吨级工厂持续稳定运行。与之相反的最差状态是高PS与高GDR的组合。某合成香料（香兰素）酵母项目，其菌株PS为35%，GDR为8e-6/代。到中试阶段即失败，损失超过1亿元。
更多地，在两个指标的不协调情况下，取舍的建议是PS优先于GDR。因为PS直接影响短期放大稳定，而GDR决定长期菌株波动，产业化初期应优先控制PS小于10%。即优先选用PS低的策略，相同策略下优先选用PS低的菌株。
二、DOC（Dissolved Oxygen Control）与CCR（Carbon Conversion Rate）是合成生物学项目产业化中工艺可行性与经济性的核心指标，直接决定发酵效率与成本竞争力。
DOC（溶氧控制精度）：工业发酵罐中溶氧量的波动范围，通常以设定值的百分比偏差（±%）衡量。溶氧不足或过载均会触发微生物代谢途径切换（如从好氧代谢转向乙酸合成）。一般要求DOC在±10%以内，以确保菌体处于最佳代谢状态。需要特别指出的是这个不是指设定波动值，是指工艺设备的能力。
某钢厂废气制乙醇项目：采用与菌株、工艺配套的新型的气升式反应器，结合在线DO传感器与动态补气策略，DOC控制在±2%，乙醇产率提升至92%，项目一次成功。而某虾青素项目，放大至10吨发酵罐时，搅拌器设计与菌株、工艺不配套，DOC超过±20%（溶氧设定30%时，罐体底部溶氧小于10%），触发乙酸合成途径，虾青素产率从2g/L暴跌至0.5g/L，项目未能一次成功。
CCR（碳源转化率）：单位起始物转化为目标产物的效率，CCR=产物量/起始物量×100%，前期小试文章中一般为摩尔数/摩尔数，产业化时一般可直接表示为质量/质量。这个指标因不同类项目而差别很大。氨基酸项目较高而萜类项目较低；且即使同一类，具体到不同的产品其差异也很大；再有不同的底盘菌株与不同的代谢路径设计其差异也较大，故此在同一阶段这个指标也可作为评价菌株的一个指标。
某长链二元酸项目，优化热带假丝酵母的β-氧化途径，阻断副产物合成，CCR达88%，生产成本较化学法降低40%，项目一次成功。某生物基丁二醇项目，大肠杆菌代谢网络未闭环，30%碳源流向副产物乙酸，CCR为47%，因生产成本过高而未能一次成功。
一般地，项目放大时需降低DOC，设备选型前采用计算流体力学（CFD）模拟优化反应器流场，优化搅拌器与发酵罐罐体结构设计，可适量降低DOC；而提升CCR，需更换已经成功敲除竞争途径基因，增强目标途径通量的菌株，再优化发酵培养基，调整放大发酵工艺，减少副产物可适量提升CCR。
合作咨询
肖女士
021-33392297
Kelly.Xiao@imsinoexpo.com
2006-2025 上海博华国际展览有限公司版权所有（保留一切权利）
沪ICP备05034851号-57
