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      腫瘤里發(fā)現(xiàn)的酶也可以用于工業(yè)生產(chǎn)? 這家公司使用無細胞系統(tǒng)精簡產(chǎn)品制造流程

      2022-02-14 16:54:18
      海外星云 2022年1期
      關(guān)鍵詞:葡糖發(fā)酵罐濕巾

      2014年的一個夜晚,正在德克薩斯大學(xué)讀癌癥生物學(xué)博士的Gaurab Chakrabarti還在實驗室做實驗,偶然間他發(fā)現(xiàn)胰腺癌細胞會分泌一種獨特的酶,將糖轉(zhuǎn)化為過氧化氫。

      許多研究表明,過氧化氫與腫瘤的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切,而Gaurab的研究也本應(yīng)該沿著這一方向繼續(xù)下去,直到幾個月后,他在好友組局的牌桌上,結(jié)識了正在麻省理工學(xué)院攻讀化學(xué)工程博士的Sean Hunt,當(dāng)時Hunt正在研究如何使用金屬催化劑大規(guī)模生產(chǎn)過氧化氫。

      Gaurab將他在胰腺癌細胞發(fā)現(xiàn)生成過氧化氫的酶的結(jié)果告訴了Hunt,并詢問這種酶是否可以應(yīng)用于后者目前正在研究的項目中,以用來改善傳統(tǒng)化工制造?,F(xiàn)在31歲的Hunt在接受采訪時曾說道,“那時我好像回答說,生物酶絕不可能用于工業(yè)化、大規(guī)模的化學(xué)制造,但隨著我們不斷討論,深入探究,Gaurab最終說服了我?!?/p>

      2016年,Gaurab與Hunt向麻省理工創(chuàng)業(yè)競賽遞交了他們的創(chuàng)業(yè)點子,并作為入圍者贏得了一萬美元獎金,也成為了日后兩人成立Solugen公司的第一筆資金。

      Solugen成立以來,已經(jīng)完成了多輪融資,總募集資金多達4.43億美元。2021年9月,Solugen完成了3.57億美元的C輪融資,

      在2021年Q3合成生物學(xué)公司融資數(shù)額中排名第三。

      2021年03合成生物學(xué)融資情況

      該公司成立之初,Gaurab與Hunt都還在完成他們的博士學(xué)位論文,他們利用得到的獎金在Dallas(德克薩斯州第三大城市)租用了一個小型倉庫,購買PVC管、動力泵等裝備,建造了首個反應(yīng)器系統(tǒng),通過培養(yǎng)經(jīng)過基因改造的酵母菌制造出Gaurab發(fā)現(xiàn)的酶,再用這些酶制造過氧化氫,當(dāng)時他們拼湊出的工廠規(guī)模只夠生產(chǎn)5加侖的過氧化氫。

      過氧化氫是一種無機化合物,化學(xué)式為H0,純過氧化氫是淡藍色的黏稠液體,可以任意比例與水混溶,水溶液俗稱雙氧水,為無色透明液體,過氧化氫水溶液適用于醫(yī)用傷口消毒及環(huán)境消毒和食品消毒。

      不久,Solugen就開發(fā)出了第一種基于過氧化氫的非石化水處理產(chǎn)品,并將其命名為Peroxy Zen,這款產(chǎn)品用于泳池、熱水浴池和水療池的清潔消毒。

      因其效果勝過傳統(tǒng)化學(xué)清潔劑,這款水處理產(chǎn)品廣受消費者喜愛,原因是生成生物基過氧化氫的反應(yīng)過程中,還產(chǎn)生了一些有機酸,有機酸能清除堵塞和腐蝕管道的礦物質(zhì),這也算是意外收獲。

      Solugen的第一家工廠

      2017年,Solugen又開始拓展消毒濕巾業(yè)務(wù),與濕巾制造商Diamond Wipes簽署了一項協(xié)議,并推出一個名為Ode to Clean的新生物基品牌,由Diamond Wipes負責(zé)制造濕巾,Solugen公司提供過氧化氫和市場營銷,該濕巾品牌于2018年被Diamond Wipes以不到一千萬美元的價格收購。

      這些濕巾由植物淀粉制成,因此它們生物可降解,生產(chǎn)過程也不會排放有毒氣體。

      Gaurab表示,“其實我們對濕巾本身并不關(guān)心,但這個簡單產(chǎn)品會幫助Solugen公司與更大的工業(yè)客戶做成交易,從銷售清潔濕巾真正深入最終客戶,目前我們也開展了采礦廢水處理業(yè)務(wù)?!?/p>

      與制造水處理產(chǎn)品類似,Solugen公司在采礦廢水處理上也使用了酶技術(shù),生產(chǎn)了ScavSol IC 75和葡糖二酸兩種阻垢緩蝕試劑,可防止礦物垢沉積在水管上,同時也避免了腐蝕。

      常見的阻垢緩蝕試劑有羥基乙叉二膦酸,它可以螯合鐵、銅和鋅等金屬離子,在高pH值下表現(xiàn)出良好的化學(xué)穩(wěn)定性,此外,在普通光熱條件下也難以分解,但基于磷酸鹽的清潔劑生產(chǎn)過程中排放的廢水能引起水華,危害局部生態(tài)系統(tǒng)和漁場,據(jù)估計,生產(chǎn)一噸羥基乙叉二膦酸會排放三噸二氧化碳。

      Solugen生產(chǎn)的ScavSol IC75和葡糖二酸都是生物基的,ScavSol IC75無毒、不易燃、可生物降解且操作安全,可用于控制油田結(jié)垢和防止腐蝕。葡糖二酸是一種葡萄糖衍生物,可作為原料制備多種聚合物和生物質(zhì)新能源,在化工領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值,可作為防腐劑用于水處理,被認(rèn)為是“最具價值的生物煉制產(chǎn)品”之一。

      Hunt認(rèn)為,與現(xiàn)有用于水處理的膦酸鹽相比,Solugen生產(chǎn)的葡糖二酸成本更低且更環(huán)保?!爸灰猄olugen公司在產(chǎn)品價格上能與羥基乙叉二膦酸售價匹敵,它就能用這些優(yōu)勢來招攬顧客,相比羥基乙叉二膦酸,我們的產(chǎn)品算得上物美價廉?!睆U水處理的獲利大約占Solugen公司收入的80%,為了擴大規(guī)模,該公司正在建設(shè)一系列“迷你工廠”,能滿足200英里區(qū)域內(nèi)客戶的需求而不需要大規(guī)模配送。

      接下來,Gaurab與Hunt計劃在農(nóng)業(yè)上挖掘潛在市場,他們認(rèn)為既然找到了含磷清潔劑的替代者,那么同樣的技術(shù)也能改變肥料的成分,給土壤添加必需的礦物質(zhì)與金屬元素。

      Solugen表示,從洗滌劑、廢水處理到肥料,Solugen將生物學(xué)引入石化產(chǎn)業(yè),將創(chuàng)新的生物基過氧化物與其他生物基化學(xué)品相結(jié)合,為全世界帶來高性能、具有成本競爭力的負碳產(chǎn)品,該公司也正在研發(fā)將二氧化碳注入新混凝土的技術(shù),并通過鎖定碳來加強混凝土。

      Solugen在官網(wǎng)稱已“建立了世界上首家負碳工廠”,所謂“負碳”是指在生產(chǎn)一個產(chǎn)品的全過程中,包括工廠用電、產(chǎn)品原料以及后續(xù)產(chǎn)品的保存和運輸?shù)冗^程,產(chǎn)生的二氧化碳要小于其利用的二氧化碳。

      波士頓咨詢集團分析師Jeff Burke發(fā)布一份報告(以下簡稱“報告”)指出,Solugen的減碳策略主要得益于技術(shù)線路優(yōu)化和生產(chǎn)環(huán)節(jié)優(yōu)化。

      技術(shù)線路結(jié)合了生物酶發(fā)酵和熱化學(xué)反應(yīng)兩個階段?,F(xiàn)階段的生物發(fā)酵行業(yè)一般以各類細胞(大腸桿菌和酵母細胞等)為底盤構(gòu)建細胞工廠,將各類原料(主要是糖類)轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)品。

      但細胞是活的生命體,因此會產(chǎn)生一些問題,例如細胞會通過呼吸作用將50%的糖分轉(zhuǎn)化為二氧化碳,也就是說細胞發(fā)酵是一個產(chǎn)生二氧化碳的過程;細胞內(nèi)會同時進行成千上萬的化學(xué)反應(yīng),涉及到數(shù)以萬計的酶,而生產(chǎn)某一個特定產(chǎn)物只需要其中部分的酶,因此從工業(yè)應(yīng)用角度看,使用細胞作為底盤有一些低效,此外細胞的大規(guī)模培養(yǎng)也是一個難題。

      Solugen選擇了使用無細胞系統(tǒng),生產(chǎn)過程只需幾種酶,因此可以減少因細胞呼吸作用而產(chǎn)生的二氧化碳。

      但無細胞系統(tǒng)的構(gòu)建通常并不容易,如何確定從糖類到終端產(chǎn)品的生成線路以及這一過程中需要用到的酶是業(yè)內(nèi)難點,對此,Solugen公司官網(wǎng),以及上述報告并沒透露太多信息,僅僅指出Solugen有專門的軟件進行酶的篩選和設(shè)計,并使用大型發(fā)酵罐生產(chǎn)低成本、高密度的酶。

      Hunt曾在公開采訪中透露,Solugen生產(chǎn)某一種酶的成本約為每公斤為10美元,而Merck生產(chǎn)同種酶的價格約為每公斤10萬美元。

      熱化學(xué)反應(yīng)階段是指將高密度的酶和可再生原料放入反應(yīng)罐,進行化學(xué)反應(yīng)。此外,Solugen在產(chǎn)品制造的整個流程都引入了軟件控制系統(tǒng),報告認(rèn)為,“Solugen在軟件方面的卓越成就使其能夠擴大規(guī)模,最終提高單位經(jīng)濟性。”

      Solugen的技術(shù)流程

      SpaceX公司的火箭(左)與Solugen的發(fā)酵罐(右)

      技術(shù)線路優(yōu)化也間接促進了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的優(yōu)化,傳統(tǒng)石油工業(yè)涉及步驟眾多,從石油到某一終端產(chǎn)品需要經(jīng)過加熱、分離、精煉等多個步驟,需要副產(chǎn)物處理、運輸、污染物處理等額外環(huán)節(jié),而生物發(fā)酵過程相對簡單、副產(chǎn)物少、污染少,也無需建造各類處理設(shè)施,只需要一些發(fā)酵罐,這也是其減碳的主要環(huán)節(jié),同時Solugen也是休斯頓第一家無廢水排放或廢氣排放設(shè)施工廠。

      投資機構(gòu)Fifty Years的創(chuàng)始合伙人Seth Bannon,曾在社交媒體上發(fā)文,將Solugen的發(fā)酵罐與SpaceX公司的火箭做對比,稱“SpaceX的火箭是為了帶我們?nèi)セ鹦?,而Solugen的發(fā)酵罐是為了將地球上的化學(xué)品生產(chǎn)過程脫碳?!?/p>

      由此看來,Solugen的“負碳工廠”并不是一個噱頭,今年Solugen啟用了第一個萬噸規(guī)模的商業(yè)工廠,比PVC反應(yīng)器的規(guī)模擴大了50萬倍,每年抵消超過3萬噸的二氧化碳當(dāng)量。

      因為Solugen的生物發(fā)酵設(shè)施規(guī)模較小,所以其后續(xù)也計劃在多地成立工廠,以減少交通運輸過程中產(chǎn)生的碳排放,此外,Solugen稱未來或?qū)⒁远趸紴樵?,生產(chǎn)各類化學(xué)品。 (摘自美《深料技》 (編輯/費勒萌)

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