【原】百噸級生物合成天然香料工廠落地，智峪生科如何用18個月打通AI賦能的生物智造？

動脈網(wǎng) 2024-12-06 發(fā)布于重慶

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2020年11月30日，人工智能系統(tǒng)AlphaFold2在第14屆國際蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測競賽（CASP）中摘得桂冠。Nature新聞更是以 “it wil change everything”（將改變一切）作為標(biāo)題。

2024年，諾貝爾化學(xué)獎授予了David Baker（美國華盛頓大學(xué)）、Demis Hassabis和John Jumper（DeepMind公司），以表彰他們在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測領(lǐng)域的開創(chuàng)性貢獻，尤其是在將人工智能（AI）與計算化學(xué)相結(jié)合，推動蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究取得革命性進展。

AlphaFold2在蛋白結(jié)構(gòu)這一計算生物學(xué)“皇冠上的明珠”邁出的一大步，也啟發(fā)著眾多同行者——預(yù)測結(jié)果出來的第一時間，時任騰訊AI Lab高級研究專家的王晟博士意識到，“一個新的時代已經(jīng)到來了”。

作為人工智能結(jié)合蛋白質(zhì)研究領(lǐng)域全球頂級學(xué)者，王晟博士精耕蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測及計算十余年，曾為CASP12/14蛋白接觸圖預(yù)測第一名。在芝加哥大學(xué)豐田技術(shù)中心讀博士后期間，王晟博士與John Jumper有著頻繁且密切的學(xué)術(shù)交流。曾多次參與John Jumper所在課題組的合作交流，并共同在Biophysical Journal發(fā)表了文章。

2021年，王晟博士及其團隊創(chuàng)立了上海智峪生物科技有限公司（后簡稱“智峪生科”），探索AI生物計算在合成生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。2023年，具有多次精準(zhǔn)選品經(jīng)驗、曾帶領(lǐng)團隊實現(xiàn)“實驗－中試－量產(chǎn)”全線穿透的吳冬博士團隊加入智峪生科，深度融合AI生物計算與合成生物學(xué)選品優(yōu)勢。

2024年6月，自主研發(fā)的酶法天然香料產(chǎn)品獲得FDA體系下的FEMA GRAS認證，可銷往全球大部分地區(qū)，滿足高端及食品產(chǎn)業(yè)風(fēng)味升級的需求。12月5日，位于江蘇常州的綠色制造工廠暨百噸級生物合成天然香料生產(chǎn)中心落成，智峪生科正式邁入工業(yè)化應(yīng)用與生產(chǎn)新階段。

當(dāng)AI蛋白質(zhì)設(shè)計進入合成生物學(xué)，如何找到選品切口？又如何讓AI技術(shù)切實落地研發(fā)-小試-中試-工業(yè)化量產(chǎn)？借此機會，動脈網(wǎng)采訪到王晟博士，談?wù)勅绾未蛟斐鲞@個生物智造初創(chuàng)公司的全球新范式。

智峪生科創(chuàng)始人、CEO王晟博士

“摸爬滾打”到“雙向奔赴”，AI生物計算與選品落地經(jīng)驗缺一不可

一句話來形容AlphaFold2帶來的顛覆，王晟博士表示：“一舉將蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測提升至濕實驗精度，并擁有著遠高于試驗的通量與效率，這意味著超低的預(yù)測成本，也讓蛋白質(zhì)預(yù)測的應(yīng)用落地進入了新時代”。

作為顛覆性的技術(shù)和工具，AI將助推合成生物學(xué)行業(yè)發(fā)展到3.0階段，即介入生物制造從計算（IT）→研發(fā)（BT）→量產(chǎn)（VT）的全流程，即智峪生科自研的“T3閉環(huán)”業(yè)務(wù)模式。簡而言之，相較于原有基于反復(fù)多次實驗的研發(fā)模式，智峪生科自研平臺由AI先在計算端進行研發(fā)生成，再進行實驗驗證。

計算研發(fā)端，智峪生科創(chuàng)新推出了基于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測理論的“酶的按需設(shè)計”路徑。具體而言，這一路徑不采用傳統(tǒng)方法進行酶的設(shè)計，而是直接改造酶的關(guān)鍵組成部分——蛋白質(zhì)。整體路線分為“三板斧”：“尋路”——“挖酶”——“改酶”，進而實現(xiàn)酶的合成優(yōu)化。

智峪生科自動化實驗室

一方面，這種基于AI的酶工程研發(fā)模式能夠大大減少化學(xué)合成過程中的污染，提高資源利用效率，減少環(huán)境污染，實現(xiàn)綠色、智能制造。另一方面，產(chǎn)業(yè)化周期顯著縮短，提高產(chǎn)品品質(zhì)和安全性，打通了高效、精準(zhǔn)的設(shè)計路徑。

在同時具備生物和AI雙重背景的核心團隊帶領(lǐng)下，智峪生科在早期產(chǎn)品中走通了酶的合成路徑，并在生物計算/生物制藥合作中沉淀下豐富的數(shù)據(jù)和算法迭代。但回歸生物制造賽道，如何破解“選品難”的產(chǎn)業(yè)難點仍困擾著智峪生科。2022年底，作為戰(zhàn)略顧問來到公司的吳冬博士帶來了曙光。深耕生物制造多年，吳冬博士具有豐富的市場洞察和選品經(jīng)驗，具有連續(xù)成功創(chuàng)業(yè)的經(jīng)歷，涉足賽道包括食品添加劑、醫(yī)美原材料、保健品等。

“AI非常重要，但起碼在現(xiàn)階段，他仍是一個技術(shù)、一種工具。AI團隊的優(yōu)勢在于非常好地掌握了技術(shù)，且具備一定的生物學(xué)背景，但AI無法替代吳博團隊對于市場、落地、產(chǎn)品的敏銳洞察。二者結(jié)合才能跑通這條路?！蓖蹶刹┦刻岬?，與吳冬博士團隊合力打造的首款產(chǎn)品即為2024年6月獲得FDA體系下FEMA GRAS認證的天然香料產(chǎn)品，未來可銷往全球大部分地區(qū)。

據(jù)悉，該產(chǎn)品有效解決了化學(xué)合成方法長期存在的雜質(zhì)氣味問題，以其優(yōu)異的性能和綠色可持續(xù)的特點，為市場提供了一種更健康、更環(huán)保的選擇。

僅用18個月自研產(chǎn)品將實現(xiàn)量產(chǎn)，逆勢建成綜合生產(chǎn)基地

王晟博士提到，該款酶法天然香料產(chǎn)品充分驗證了“尋路→挖酶→改酶”路徑的高效性：不到3個月即完成了實驗室路線驗證，并迅速推進至小試、中試階段，11月開始中試，今年6月完成并通過FDA認證。

數(shù)據(jù)為智峪生科內(nèi)部測算，僅供參考

以“超級速度”推進產(chǎn)品實驗進程的關(guān)鍵在于用AI多次迭代、改造酶在應(yīng)用需求端的各方面屬性。這需要AI團隊與試驗團隊的緊密配合。

在研發(fā)范式上，智峪生科創(chuàng)新地進行流程創(chuàng)新，將過往的線性迭代轉(zhuǎn)變?yōu)榻徊娌⒕€，讓AI團隊深度陪伴、介入實驗的全環(huán)節(jié)。“在一個第二階段實驗中，AI團隊挖掘的候選酶反應(yīng)速率非常低，盡管實驗室路徑跑通，但肯定無法支撐小試和中試。AI團隊迅速介入下，將反應(yīng)速率從72小時轉(zhuǎn)化5%提升至2小時轉(zhuǎn)化98%。”王晟談到，過往線性思路常常意味著割裂，候選產(chǎn)品如果到了放大、量產(chǎn)階段再發(fā)現(xiàn)問題，就根據(jù)實驗路徑一層層往回推，導(dǎo)致重復(fù)無效的實驗和漫長的研發(fā)周期。

“到了中試階段，pH值、溫度、有機溶劑耐受性等更多變量將影響候選酶的收率、產(chǎn)率，評估就會產(chǎn)生問題。實驗數(shù)據(jù)出來后，中試團隊第一時間直接反饋給AI團隊，通過我們自研的算法，通過幾輪迭代，在不影響轉(zhuǎn)化率的前提下，將熱穩(wěn)定性、有機溶劑耐受性、可溶性等指標(biāo)做到工業(yè)級的提升，后續(xù)中試團隊就可能開機一次過?！?/span>

進一步地，今年11月，在國際性的食品配料和功能性食品行業(yè)盛會——Fi Europe上，智峪生科產(chǎn)品得到了多方認可，是全球應(yīng)用酶法創(chuàng)新研發(fā)的該類香料產(chǎn)品中，研發(fā)進程最快、效率最高的產(chǎn)品路線。王晟博士強調(diào)“在酶法路線上，智峪生科產(chǎn)品走在全球前列，已經(jīng)打通了AI賦能的全路線，進入到最終的產(chǎn)品放大和生產(chǎn)層面，真正實現(xiàn)AI賦能生物制造從零到一的突破，走在世界的前沿?！?/strong>

智峪生科生產(chǎn)車間

基于產(chǎn)品及團隊實力的底氣，智峪生科逆勢開建大型綜合性生產(chǎn)基地，占地面積約4500平方米，工廠正式投產(chǎn)后，預(yù)計年產(chǎn)量達數(shù)百噸，年產(chǎn)值將超數(shù)億元。作為綜合性生產(chǎn)基地，共包含中試車間、百噸級生物合成天然香料生產(chǎn)中心等多個核心區(qū)域，配備先進的生產(chǎn)設(shè)施和一流的技術(shù)團隊。

王晟博士談到，生產(chǎn)基地投建經(jīng)過了反復(fù)思考和充足準(zhǔn)備。首先是基于對突破性、顛覆性技術(shù)的保護。截至目前，智峪生科已獲得8項發(fā)明專利授權(quán)、14項專利申請?zhí)幱谑芾頎顟B(tài)。其次，在小試和中試階段，智峪生科創(chuàng)新工藝路線，并對部分設(shè)備進行了專業(yè)化改造。因此在生產(chǎn)基地上也做了相應(yīng)“量身定制”的個性化方案。最后，首條天然香料產(chǎn)品管線將被打造為智峪生科的示范生產(chǎn)線，在成本可控的范圍內(nèi)展示出從零到一的突破。

即將打通“算研產(chǎn)銷T3閉環(huán)”全流程，探索生物制造的聯(lián)營共創(chuàng)模式

2021年創(chuàng)立以來，智峪生科依托過硬的底層算法平臺和AI Lab的經(jīng)驗，已在AI生物計算賦能生物醫(yī)藥等的合作中實現(xiàn)了營收，為研發(fā)推進供應(yīng)了持續(xù)、穩(wěn)定的現(xiàn)金流。

“最初的兩年內(nèi)，我們需要時間沉淀和打磨自己的工具，也希望找到契合的生物制造落地團隊。因此，我們選擇和國內(nèi)一些知名的醫(yī)藥上市公司和Biotech進行合作共創(chuàng)，用一套基礎(chǔ)模塊做蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白、小分子結(jié)構(gòu)、蛋白共折疊等基礎(chǔ)性預(yù)測工作，已有相關(guān)管線進入研發(fā)階段?！蓖蹶刹┦空劦?。

當(dāng)生物制造邁入量產(chǎn)的全新階段，智峪生科將以生物基原料作為核心增長曲線，并探索生物計算與濕試驗?zāi)芰ο嘟Y(jié)合的聯(lián)營共創(chuàng)模式。

2023年，智峪生科牽頭的“基于大數(shù)據(jù)與人工智能的P450催化元件創(chuàng)制、應(yīng)用與信息共享”項目，成功入選“國家重點專項”項目。展望行業(yè)端，王晟博士和智峪生科希望能夠做得更多：多家優(yōu)勢不同、經(jīng)驗不同的初創(chuàng)企業(yè)抱團取暖，一起把生物制造的蛋糕做大。同時，全國范圍內(nèi)也有多個政府打造中試平臺、產(chǎn)業(yè)化平臺，通過資源整合，互助、互補、共贏，并推動法規(guī)和監(jiān)管進步。

未來，智峪生科希望與各環(huán)節(jié)的生物制造伙伴共同努力，將AI進一步滲透入生物制造的各個層面，如酶催化、后處理工藝和質(zhì)量檢測，實現(xiàn)全流程的數(shù)字化和信息化，最終可能達到無人化“黑燈工廠”的生物智造。“最終我們相信，顛覆式技術(shù)不僅帶來產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)的進步，更重要的是實現(xiàn)綠色可持續(xù)化，解決高污染、高能耗的工業(yè)困境?！?strong style="color: rgb(51, 51, 51);font-family: inherit;font-size: inherit;letter-spacing: 1px;caret-color: red;outline-style: initial;text-align: center;">