肿瘤里发现的酶也可以用于工业生产？ 这家公司使用无细胞系统精简产品制造流程

2014年的一个夜晚，正在德克萨斯大学读癌症生物学博士的Gaurab Chakrabarti还在实验室做实验，偶然间他发现胰腺癌细胞会分泌一种独特的酶，将糖转化为过氧化氢。

许多研究表明，过氧化氢与肿瘤的发生发展关系密切，而Gaurab的研究也本应该沿着这一方向继续下去，直到几个月后，他在好友组局的牌桌上，结识了正在麻省理工学院攻读化学工程博士的Sean Hunt，当时Hunt正在研究如何使用金属催化剂大规模生产过氧化氢。

Gaurab将他在胰腺癌细胞发现生成过氧化氢的酶的结果告诉了Hunt，并询问这种酶是否可以应用于后者目前正在研究的项目中，以用来改善传统化工制造。现在31岁的Hunt在接受采访时曾说道，“那时我好像回答说，生物酶绝不可能用于工业化、大规模的化学制造，但随着我们不断讨论，深入探究，Gaurab最终说服了我。”

2016年，Gaurab与Hunt向麻省理工创业竞赛递交了他们的创业点子，并作为入围者赢得了一万美元奖金，也成为了日后两人成立Solugen公司的第一笔资金。

Solugen成立以来，已经完成了多轮融资，总募集资金多达4.43亿美元。2021年9月，Solugen完成了3.57亿美元的C轮融资，

在2021年Q3合成生物学公司融资数额中排名第三。

2021年03合成生物学融资情况

该公司成立之初，Gaurab与Hunt都还在完成他们的博士学位论文，他们利用得到的奖金在Dallas（德克萨斯州第三大城市）租用了一个小型仓库，购买PVC管、动力泵等装备，建造了首个反应器系统，通过培养经过基因改造的酵母菌制造出Gaurab发现的酶，再用这些酶制造过氧化氢，当时他们拼凑出的工厂规模只够生产5加仑的过氧化氢。

过氧化氢是一种无机化合物，化学式为H0，纯过氧化氢是淡蓝色的黏稠液体，可以任意比例与水混溶，水溶液俗称双氧水，为无色透明液体，过氧化氢水溶液适用于医用伤口消毒及环境消毒和食品消毒。

不久，Solugen就开发出了第一种基于过氧化氢的非石化水处理产品，并将其命名为Peroxy Zen，这款产品用于泳池、热水浴池和水疗池的清洁消毒。

因其效果胜过传统化学清洁剂，这款水处理产品广受消费者喜爱，原因是生成生物基过氧化氢的反应过程中，还产生了一些有机酸，有机酸能清除堵塞和腐蚀管道的矿物质，这也算是意外收获。

Solugen的第一家工厂

2017年，Solugen又开始拓展消毒湿巾业务，与湿巾制造商Diamond Wipes签署了一项协议，并推出一个名为Ode to Clean的新生物基品牌，由Diamond Wipes负责制造湿巾，Solugen公司提供过氧化氢和市场营销，该湿巾品牌于2018年被Diamond Wipes以不到一千万美元的价格收购。

这些湿巾由植物淀粉制成，因此它们生物可降解，生产过程也不会排放有毒气体。

Gaurab表示，“其实我们对湿巾本身并不关心，但这个简单产品会帮助Solugen公司与更大的工业客户做成交易，从销售清洁湿巾真正深入最终客户，目前我们也开展了采矿废水处理业务。”

与制造水处理产品类似，Solugen公司在采矿废水处理上也使用了酶技术，生产了ScavSol IC 75和葡糖二酸两种阻垢缓蚀试剂，可防止矿物垢沉积在水管上，同时也避免了腐蝕。

常见的阻垢缓蚀试剂有羟基乙叉二膦酸，它可以螯合铁、铜和锌等金属离子，在高pH值下表现出良好的化学稳定性，此外，在普通光热条件下也难以分解，但基于磷酸盐的清洁剂生产过程中排放的废水能引起水华，危害局部生态系统和渔场，据估计，生产一吨羟基乙叉二膦酸会排放三吨二氧化碳。

Solugen生产的ScavSol IC75和葡糖二酸都是生物基的，ScavSol IC75无毒、不易燃、可生物降解且操作安全，可用于控制油田结垢和防止腐蚀。葡糖二酸是一种葡萄糖衍生物，可作为原料制备多种聚合物和生物质新能源，在化工领域具有广泛的应用价值，可作为防腐剂用于水处理，被认为是“最具价值的生物炼制产品”之一。

Hunt认为，与现有用于水处理的膦酸盐相比，Solugen生产的葡糖二酸成本更低且更环保。“只要Solugen公司在产品价格上能与羟基乙叉二膦酸售价匹敌，它就能用这些优势来招揽顾客，相比羟基乙叉二膦酸，我们的产品算得上物美价廉。”废水处理的获利大约占Solugen公司收入的80%，为了扩大规模，该公司正在建设一系列“迷你工厂”，能满足200英里区域内客户的需求而不需要大规模配送。

接下来，Gaurab与Hunt计划在农业上挖掘潜在市场，他们认为既然找到了含磷清洁剂的替代者，那么同样的技术也能改变肥料的成分，给土壤添加必需的矿物质与金属元素。

Solugen表示，从洗涤剂、废水处理到肥料，Solugen将生物学引入石化产业，将创新的生物基过氧化物与其他生物基化学品相结合，为全世界带来高性能、具有成本竞争力的负碳产品，该公司也正在研发将二氧化碳注入新混凝土的技术，并通过锁定碳来加强混凝土。

Solugen在官网称已“建立了世界上首家负碳工厂”，所谓“负碳”是指在生产一个产品的全过程中，包括工厂用电、产品原料以及后续产品的保存和运输等过程，产生的二氧化碳要小于其利用的二氧化碳。

波士顿咨询集团分析师Jeff Burke发布一份报告（以下简称“报告”）指出，Solugen的减碳策略主要得益于技术线路优化和生产环节优化。

技术线路结合了生物酶发酵和热化学反应两个阶段。现阶段的生物发酵行业一般以各类细胞（大肠杆菌和酵母细胞等）为底盘构建细胞工厂，将各类原料（主要是糖类）转化为目标产品。

但细胞是活的生命体，因此会产生一些问题，例如细胞会通过呼吸作用将50%的糖分转化为二氧化碳，也就是说细胞发酵是一个产生二氧化碳的过程;细胞内会同时进行成千上万的化学反应，涉及到数以万计的酶，而生产某一个特定产物只需要其中部分的酶，因此从工业应用角度看，使用细胞作为底盘有一些低效，此外细胞的大规模培养也是一个难题。

Solugen选择了使用无细胞系统，生产过程只需几种酶，因此可以减少因细胞呼吸作用而产生的二氧化碳。

但无细胞系统的构建通常并不容易，如何确定从糖类到终端产品的生成线路以及这一过程中需要用到的酶是业内难点，对此，Solugen公司官网，以及上述报告并没透露太多信息，僅仅指出Solugen有专门的软件进行酶的筛选和设计，并使用大型发酵罐生产低成本、高密度的酶。

Hunt曾在公开采访中透露，Solugen生产某一种酶的成本约为每公斤为10美元，而Merck生产同种酶的价格约为每公斤10万美元。

热化学反应阶段是指将高密度的酶和可再生原料放入反应罐，进行化学反应。此外，Solugen在产品制造的整个流程都引入了软件控制系统，报告认为，“Solugen在软件方面的卓越成就使其能够扩大规模，最终提高单位经济性。”

Solugen的技术流程

SpaceX公司的火箭（左）与Solugen的发酵罐（右）

技术线路优化也间接促进了生产环节的优化，传统石油工业涉及步骤众多，从石油到某一终端产品需要经过加热、分离、精炼等多个步骤，需要副产物处理、运输、污染物处理等额外环节，而生物发酵过程相对简单、副产物少、污染少，也无需建造各类处理设施，只需要一些发酵罐，这也是其减碳的主要环节，同时Solugen也是休斯顿第一家无废水排放或废气排放设施工厂。

投资机构Fifty Years的创始合伙人Seth Bannon，曾在社交媒体上发文，将Solugen的发酵罐与SpaceX公司的火箭做对比，称“SpaceX的火箭是为了带我们去火星，而Solugen的发酵罐是为了将地球上的化学品生产过程脱碳。”

由此看来，Solugen的“负碳工厂”并不是一个噱头，今年Solugen启用了第一个万吨规模的商业工厂，比PVC反应器的规模扩大了50万倍，每年抵消超过3万吨的二氧化碳当量。

因为Solugen的生物发酵设施规模较小，所以其后续也计划在多地成立工厂，以减少交通运输过程中产生的碳排放，此外，Solugen称未来或将以二氧化碳为原料，生产各类化学品。 （摘自美《深料技》 （编辑/费勒萌）