合生万物 未来可期丨合成生物学研究先锋侧记(二)从化学方程式到生命代码:瞿旭东教授的“碳链编辑”革命

2025-09-02 17:21:49, 安捷伦科技 安捷伦科技(中国)有限公司


前言




在传统生化实验室里,目标物质的反应常常伴随着能耗、污染和冗长的合成步骤,而在上海交通大学生命科学技术学院的实验室里,瞿旭东教授正带领团队,用另一种方式“制造”改变世界的功能分子。他们不依赖高温高压,而是向生命本身学习,利用合成生物学这把“基因剪刀”,对分子的碳骨架进行精准的“搭积木”式编辑。这不仅是科研方向的转变,更是一场旨在颠覆传统制造模式的绿色革命。


从化学到生物:一位科学家的“跨界”求索


瞿旭东教授的科研之路始于化学。在华东师范大学化学系和中国科学院上海有机化学研究所的求学经历,让他深刻理解了传统化学合成的强大,也看到了其固有的弊端——高能耗、高污染、效率低下。一个核心难题始终萦绕在他心头:如何对分子结构中那些“惰性碳原子”进行精准的活化和修饰?这被喻为“有机化学的圣杯级难题”。

带着这个疑问,瞿教授远赴美国麻省理工学院进行博士后研究,视野的开拓让他意识到,答案或许不在化学的“烧杯”里,而在生物学的“细胞工厂”中。回国后,他先后在中科院上海有机所和武汉大学药学院任职,最终在 2020 年加入上海交通大学。这一路的求索,让他清晰地锚定了自己的研究方向:利用生物合成技术,实现功能分子的高效、绿色创新与制造。


创办弈柯莱:将“碳链编辑”推向产业化


理论的突破固然重要,但瞿旭东教授更渴望看到科学的力量惠及社会。2012 年,在武汉大学工作期间,他与同学的一次偶然交流,点燃了创业的火种。他们敏锐地察觉到,生物合成技术在国内产业化尚属新兴事物,充满机遇。于是,弈柯莱生物科技公司应运而生,成为国内“吃螃蟹”的先行者之一。

弈柯莱的产业化之路,见证了中国合成生物学的崛起。其里程碑式的成就,是国内首个获批用于药品生产的生物制造技术——应用于糖尿病重磅药物“西格列汀”的生产。这一突破,打破了国外的技术垄断,为患者提供了更可及的治疗方案。此后,弈柯莱的技术版图不断拓展,成功获批用于母乳寡糖、燕窝酸等大健康产品的生产。尤其值得一提的是,其甜菊糖苷的生物合成技术,成为目前中国唯一获得国家卫健委批准的同类技术,为食品饮料行业提供了健康、高端的天然代糖解决方案,康师傅等食品企业已经开始采用。


破解“圣杯难题”:挑战、平台与仪器的支撑


“碳链编辑”技术的实现,绝非一蹴而就。其核心挑战在于“生物元件”的开发,尤其是高性能酶的发现与优化。野生的酶往往活性低、选择性差、稳定性弱,难以满足工业需求。这背后,是一场与时间和成本的赛跑。

瞿旭东教授坦言,其科研生涯中最大的挑战,是在武汉大学独立开展研究的头三年。为了解决“如何让生物合成酶识别非天然底物”这一关键难题,团队耗费了无数心血。最终的成功,源于对重要科学问题的精准把握、正确的研究思路,以及一个强大实验平台的支撑。

在这个过程中,分析仪器扮演了至关重要的角色。瞿教授与安捷伦的渊源已久,从研究生时代使用的安捷伦 HPLC,到如今实验室里遍布的超高效液相(UHPLC)、液相色谱/三重串联四极杆质谱(LC/QQQ)、液相色谱/四极杆飞行时间质谱(LC/Q-TOF)和气质联用系统(GC-MS)等,这些设备已成为他科研和产业化转化的“左膀右臂”,也可谓“各显神通”,比如:

高通量筛选的“神器”:在酶元件的优化阶段,需要进行成千上万次的测试。瞿教授与团队正计划引入安捷伦 RapidFire 系统,它能实现无人值守的高通量筛选,实现秒级的样品分析速度,将筛选效率提升数十倍,是加速研发周期的关键。

代谢流分析的“眼睛”:当生物元件被植入细胞,构建出“细胞工厂”后,内部的代谢流变得异常复杂。这时,LC/QQQ 用于对关键代谢物进行精准定量,而 LC/Q-TOF 高分辨质谱则用于未知代谢物的定性分析,两者结合,如同为细胞工厂安装了“监控系统”,指导团队不断优化生产流程。

瞿教授预见,合成生物学研究所依靠的分析测试技术将朝着智能化与自动化方向发展。其中,智能化主要体现在利用 AI 进行高效设计;而自动化,则旨在将构建与测试等环节进行系统性整合。他期待安捷伦等公司能提供更强大的自动化整合平台,将从样品前处理到分析检测的环节无缝连接,进一步释放科研生产力。


棋局之外:一位科学家的思考


对于在武汉大学工作期间发表的、刊登在《美国化学会志(JACS)》上的突破性论文,瞿旭东教授记忆犹新。那篇论文背后,是整整三年的攻坚克难。他常对学生们说,选择一个研究方向,如同选择一个棋局,首先要看这盘棋是否值得下——它解决的是否是领域内真正的痛点。一个“重要”的问题,远比一个“新颖”的问题更能引领方向。

从最初的医药领域,到如今的大健康、营养品,弈柯莱的技术版图不断扩张。这背后,是创业初期的一次次碰壁。他曾带着性能优异的葡萄糖基维生素 C 产品四处推介,却因市场接受度低而石沉大海。这次经历,让他深刻理解了市场需求的重量。现在,团队在立项前,总会先问一句:“这颗‘棋子’,能落在市场的哪个关键位置?”


从上海交大明亮的实验室,到弈柯莱现代化的生产车间,瞿教授的“碳链编辑”技术正将绿色制造的愿景变为现实。他相信,通过合成生物学,人类终将掌握像编辑文字一样编辑生命分子的能力,而这盘关乎未来的棋局,才刚刚开始落子。


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