合成生物学长期以来一直承诺使药品、食品、化学品和材料的生产更便宜、更可持续。然而，虽然现在可以通过 synbio 制造许多产品，但基于生物的制造革命仍未到来。实现 synbio 机会的一个主要瓶颈是生产过程：现有的选择既棘手又昂贵，而且仍然不多。一个新兴的生产平台是微藻，它依赖于一种廉价而丰富的能源：光。
Provectus Algae正在开发技术以大规模种植微藻并对其进行工程改造以生产各种生物材料，例如食品添加剂、化妆品和香水。在创立 Provectus Algae 之前，首席执行官兼创始人 Nusqe Spanton 在水产养殖行业工作了近 20 年，在那里他亲眼目睹了种植这种微生物所面临的挑战。
在这次采访中，Spanton 解释了合成生物学是如何在制造领域得到应用的，是什么让藻类作为一种制造工具如此有趣（和具有挑战性），以及如何避免导致藻类合成生物学起步错误的陷阱。我们首先深入研究 Spanton 创立 Provectus 的原因。
在 Provectus Algae 之前，您已经创立了几家公司。你从这些经历中学到了什么？
NUSQE SPANTON：在我之前的职业生涯中，我一直从低位到高位。我一直有创业的心态。我喜欢发现市场中的问题并尝试解决它们。
在过去的 20 年中，我学到的最重要的事情是，在一个今天不存在的市场上做出可能具有惊人投资回报的东西是毫无意义的。如果一个市场不存在，但这是一个从未听说过或见过的奇妙产品，那么您将面临人类的根本挑战，我们希望保持在我们所知道的范围内。这需要很长时间，并且必须有一个明确的策略才能改变人们的心态。
开始 Provectus 是在我花了十多年的时间努力努力达到我在水产养殖中的最高水平，用牡蛎生产珍珠之后。
归根结底，这是一种极易波动的奢侈品。它根本不是人们需要的产品。它们看起来很棒，穿上它们会让人们感觉很棒，但这并不是我们日常生活中真正需要的东西。对我来说，一个真正的转折点是思考我想成为一个人，以及如何将我在过去 20 年中学到的所有知识转化为能够为人们创造有形价值并改变方式的东西我们从根本上做事。
我已经种植藻类将近 20 年了。我知道这有多难。我看到了生物燃料的破产。目前，藻类不适合大规模生产可燃燃料。但是，如果我们对此持现实态度，它就有可能做到这一点。我们必须首先确定一个可以应用合成生物学价值的易于处理的问题。我们在大规模生物制造中看到了这种价值。我们如何制造商品存在一个潜在的问题，那就是它需要大量投入，而我们今天的生活方式基本上是在摧毁地球。
藻类为我们提供了实际进行负碳制造的机会。这与我们过去一千年在农业中所做的没有什么不同。它是一种吸收二氧化碳并将其转化为我们食用或使用的东西的植物。潜在的挑战是我们需要能够控制产品并且我们需要能够大规模地发展它。而且我们需要在不一定公开谈论的严重问题的整个垂直领域中移动针头。
我们从一个可以生长的隐喻“空玻璃”开始，其中没有任何或最小的基因编码对您的产品有害。
例如，如果我们看看高价值食品和香料成分等特殊成分，我们今天的制造方式就会遇到很多问题。大量的特种成分是以合成石化产品为基础的。我们把它从地里挖出来，我们把它放在一个烧瓶里，我们用化学方法合成这些产品，然后把它们放进我们的身体和我们的食物链中。这不仅是排放到大气中的问题，而且是我们和我们的食物链的问题。
能够创建一种完全相反的生物制造形式是具有真正有形价值的东西。所以这对我来说是一个真正的驱动力——不是要创造一种对客户有价值的产品，而是要弄清楚如何通过拥有数百个甚至数千个大规模设施来构建我们可以真正改变的东西，并确定我们在哪些垂直领域可以改变范式并使我们走向负碳。
但这是一种奇妙的愿景，对吧？我们如何做到这一点？我们必须尽可能快地为客户提供价值，获得收入，证明它可以大规模地建立起来，并以适合人们的价值主张为基础。然后我们就可以开始进入这个非常令人兴奋的技术领域。
为什么现在是证明合成生物学可以为制造领域的客户提供价值的合适时机？
有些人可能没有意识到，合成生物学在过去 40 到 50 年间一直用于制药应用。只是在过去的几十年里，这项技术让我们能够将目光投向真正高价值的治疗垂直领域之外，并进入不同市场的应用。
特别是在过去的十年里，我们已经看到了从测序到了解基因组功能，再到扩展这些技术和制造硬件来培育这些微生物等领域的重大进步。现在我们可以问：我们可以真正改变制造方式的重要应用是什么，以及什么可以通过 synbio 真正改变世界？
在 2010 年代生物燃料的繁荣和萧条之后，我们看到了向食品和饮料原料、化妆品原料、调味剂和香水等高价值应用的转变。在这里，我们可以证明该技术的实用性并使其快速发展，同时构建扩展所需的基础设施。
你能告诉我更多关于 synbio 中使用的不同类型的细胞和微生物吗？它们有什么不同的优点？
我们拥有三种与藻类截然不同的主要模式：动物细胞培养、细菌和酵母发酵。每种不同的模式在不同领域都有优势，这取决于细胞能够做什么以及当你进入规模时在规模上什么是商业上可行的。
在治疗领域，很多工作都使用动物细胞培养技术，因为酵母和细菌不能总是制造出对人体起作用的分子。使用动物细胞培养的缺点是非常昂贵。主要成本部分是保持培养物无菌。其中很大一部分涉及您如何维护这些细胞。如果人类在设施中工作，他们可以将人类疾病传播到文化中，这对生产系统来说是一个重大风险，也是为什么它通常非常困难和昂贵的原因。这就是为什么除了高价值的治疗级产品之外，它没有广泛用于不同的垂直市场。
为了研究以像藻类这样的微生物形式进行合成生物，首先你必须能够种植它。
酵母和细菌系统在他们能够做的事情上更加灵活。但是，您还必须确定目标应用程序并深入了解每种微生物组的优势。酵母和细菌系统都生长得非常快，并将产品分泌到您生长它们的液体中，使您能够非常轻松有效地收获产品并对其进行纯化。这是一个简单的过程，微生物消耗糖并将其转化为能量以驱动目标分子的产生。不利的一面是，以这种方式将糖转化为能量通常会产生大量的二氧化碳排放。
这些格式的美妙之处在于我们现在有了单元，我们可以非常详细地了解它们的工作原理以及它们能够创造什么产品。我们从一个可以生长的隐喻“空玻璃”开始，其中没有任何或最小的基因编码对您的产品有害
但缺点是你必须在细胞中设计你需要的一切来创造产品。这是一件异常困难的事情。它需要非常精巧和熟练的人员，因此这是将这些产品快速推向市场的一大瓶颈。
使用微藻作为 synbio 的第四种模式有什么不同？
我们以前从未真正将藻类用作合成生物学的一种方式。有了藻类，我们就有机会改变我们对微生物及其在生物制造中的能力的看法。我们可以找到正确的微生物或正确的藻类物种来自然地完成绝大多数您想要的事情，而不是设计整个微生物来获得您想要的东西。这确实改变了我们看待微生物的方式以及未来生物制造的可行性的焦点。但是我们必须采取多层次的方法，因为寻找可以做你想做的事的合适微生物，以及设计一种微生物让它做你想做的事，都是到达我们需要去的地方的必要策略在接下来的几十年里。
微藻非常多样化，但它们是一种尚未开发的资源，从遗传多样性的角度来看，没有人真正研究过它的能力。全球可能有超过 300,000 种物种，但我们真的不知道有多少种，因为还没有深入研究它以建立大型数据库。他们还有大量的基因组内容可供探索。一些藻类的基因组可能是人类大小的 10 倍。它有所有这些未被探索的基因，这些基因可能会驱动新陈代谢过程以产生草莓味或动物脂肪。这确实开辟了新的机会。
为了研究以藻类等微生物形式进行合成生物，首先你必须能够种植它。这是过去 50 年来的真正挑战。困难在于我们正在处理一种将光光子能转化为化学能的微生物。但它们与生长在地球表面的陆生植物非常非常不同，无论你走到世界哪里，它们都能接收到非常相似的阳光。
藻类生长在水中——在地球上的每一个水生环境中——这意味着非常不同的微环境。你家门前街道上的水坑里可能生长着 20 种藻类，在沙漠水潭、南极洲、海洋表面和 1000 米深的河流系统中，在波浪作用下生长着藻类。而且环境超级动态。所以他们已经进化到磨练他们在这些环境中接收到的光的类型。如果您看到光穿过棱镜，它会将所有颜色分开，而这正是水的作用。当您向下穿过水柱时，会过滤掉不同的光线。如果您所在的河流系统呈棕色、浑浊且搅动非常迅速，那么您可能会有藻类从这条河的顶部非常非常迅速地移动到底部，并且它会非常迅速地进入光明和黑暗的循环。
……让我们不要暴力生物学。我们不需要改造细胞内的所有东西，让有机体做一些它不应该做的事情。
所以我们必须能够以这些藻类需要的方式提供光。它们有特定的受体，只能利用特定的光频率，而我们甚至从未拥有以这种方式传递光的技术。所以这是我们作为一家公司首先要做的事情。从那里，您可以开始了解藻类的基因组是如何由光驱动的，并且可以通过改变光来打开或关闭代谢功能。
然后，一旦我们了解了如何利用我们为藻类提供的环境来驱动这些代谢过程，我们就可以开始研究如何通过不同的供应链来扩大规模并解决一些主要的生物制造陷阱。
那么您是否认为重点是利用藻类多样性作为 生物勘探的资源，或者您是否设想将重点放在几种藻类上，以将它们开发为合成生物的平台，就像我们在酵母和细菌中看到的那样？
我们必须从使用标准物种在藻类中运行我们的合成生物学的相同概念开始。
例如，我们的肽平台使用了特定的物种和菌株。我们仍处于以这种形式使用藻类的早期阶段，因此，我们必须非常擅长将特定类型的产品设计到这些底盘或“空眼镜”中。
但与此同时，我们必须建立庞大的生物分子数据集和物种库，以全面利用藻类。例如，如果我们想找到一种特殊的特殊成分，我们希望能够搜索数据库并找到可以通过正确的生长和环境条件自然产生这种成分的藻类。
在接下来的几年里，我们将看到一个转变，培养技术开始推动生物勘探以及将天然产品推向市场的能力，这是我们从未想过使用任何微生物形式都可能实现的。你不必一直使用基因工程来创造这些产品，而是在最有效的地方使用它。
藻类合成生物领域能够从人们在其他生物中开发的工具中借鉴多少？
合成生物学技术现在已广为人知，并且在物种间相当普遍。我们可以在我们正在做的事情中利用这些，但我们正在以不同的方式思考它。它是从以下角度考虑的：我们不要蛮力生物学。我们不需要改造细胞内的所有东西，让有机体做一些它不应该做的事情。让我们看看我们的微生物格式，看看能力是什么，然后使用所有预先确定的知识和工具包来增强自然，而不是蛮力地强迫它不应该做的事情。
这是一个有趣的方法。那是你可以看到然后扩展到其他类型的微生物的东西吗？这是您认为人们应该使用的一般策略吗？
我认为这个行业正在发生转变。现在有许多正在通过管道的 synbio 和支持公司采用相同的方法。我认为所有方法都是有效的。为了真正改变我们的制造系统的工作方式，以解决我们现在对人类面临的一些生存威胁，你不能采取分类的方法。一切都是有效的，我们需要在各个方面移动表盘。
但深度科技确实需要时间，而且人类天生就不是很聪明的生物。我们认为我们很聪明，但是当我们开始研究生物学时，我们很快就会意识到有很多我们不知道的。我们必须不断突破界限，不断学习和理解，以使 synbio 成为改变我们日常生活中所做的一切的机会。
社区将 synbio 商业化的方式对于尽快将产品推向市场是绝对必要的。只有当我们将产品拿到消费者手中并且它们具有更高的性能、价格平价并且它们正在解决人们生活中的切实问题时，我们才能将重点转移到真正推动变革上。
本次采访经过编辑和浓缩。
合成生物学和池塘浮渣能否实现碳中和制造？首先出现在Future上。
原文： https://future.com/synbio-algae-carbon-neutral-biomanufacturing/