生物制造和 NGS

面向应用市场的生物制造解决方案

随着全球企业致力于减少碳排放并追求净零目标，合成生物学 的重要性日益凸显。生物工程在制药领域的应用历史悠久，这些专业知识可拓展至生物燃料、农用化学品、食品和饮料、化妆品、材料、维生素和益生菌等多个领域。随着需求的不断增长，制造商日益倾向于自主研发菌株，并在上游工艺开发中采用如下一代测序（NGS）等基因组学技术。贝克曼库尔特生命科学公司全球细分市场开发经理 Maria 深入探讨了生物制造的各个阶段，以及贝克曼库尔特在这些领域中如何提供有力支持。

当前，为减少碳排放量，几乎所有工业部门均面临优化制造生产流程的压力，并努力实现 《净零路线图》中设定的 2030 年和2050 年减排目标。制造商面临的主要挑战在于，如何利用生物替代材料或通过构建净零生产流程来生产相同的产品。香水行业便是典型例证：目前，科学家们已能够将特定香气的合成基因嵌入细菌或酵母菌株中，以构建高效的 生物制造生产芳香成分，而无需依赖大面积栽培花卉来提取香味。经优化后的工程可进行规模化培养，即可大量生产目标芳香化合物。

长期以来，下一代测序（NGS）技术在生物制药行业发挥着至关重要的作用，为各种类型的工程细胞提供了关键的验证工具。这一强大技术在生物制造应用¹ 中同样重要，因为合成生物学过程用于生成包含新基因序列或定向突变的生物体。NGS 分析可确保工程细胞系在产品或工艺的全生命周期内始终维持预期特性。另一优势在于‌其高通量并行处理能力，通过生成海量单个测序读长（reads），以支持 RNA 测序（RNA-seq）或流式细胞术等高复杂应用。

生物制造的内部研发

以往，面向应用市场的菌种开发主要由学术界、生物代工厂（Biofoundry）和私营企业主导 —— 类似医药行业采用的 CRO（合同研发组织）模式，这些机构负责工程菌株的改造与优化，并出售给终端用户。完成这些上游加工后，制造商会将改造菌株用于规模化生物制造，逐步替代化学合成法，开发生物基产品。随着生物替代品应用需求的不断增长，制造商开始转向自主研发，纷纷组建专注于细菌、真菌和藻类等微生物菌种开发的科研团队。对这些企业而言，自主开展细胞系工程是一项全新尝试，此时与经验丰富的 NGS 仪器与试剂供应商合作尤为重要，可借助其在该领域多年积累的丰富经验快速打通技术路径。

开发上游生物工程工作流程

生物制造流程始于菌株工程。目标产品的复杂度越高，需构建和筛选的菌株数量就越多。通常需要经过多轮"设计-构建-测试-学习"循环迭代，才能获得理想菌株。

首先通过基因工程、定向进化或诱变育种等技术获取目标菌株。在基因工程及基因编辑的精密流程中，酶制剂、寡核苷酸与组装流程的最优组合非常关键。因此，亟需一种能够实现微量液体快速且精确分配的创新技术。无接触式 纳升级移液技术 凭借其无吸头、非接触的移液方式，恰好满足这一需求。声波液体处理系统能够高精度、高重复性地分配纳升级（nL）液体，确保了基因工程或编辑过程中关键组分的精准配比。

经过基因编辑的细胞需历经一系列严谨的培养与分析流程，涵盖质粒的下一代测序（NGS）以及基因表达分析，以验证基因插入的准确性和功能的有效表达。一般而言，这些流程需依托配备集成模块的自动化液体处理平台高效执行。该平台全面整合了微孔板读数仪、分析模块及 荧光定量热循环仪，并采用专为基因组学设计的高质量试剂来完成检测任务。确定最优宿主细胞后，再利用微型生物反应器对生产条件进行精细优化，包括生长期、培养基成分以及 pH 值和 CO₂ 参数等，并最终实现菌株的规模化生产。

定向进化 —— 通过诱导生物体自然变异获得目标性状的技术，也可作为基因编辑的替代方案。为获取具有目标功能的最佳单克隆菌株，实验室通常采用 流式细胞仪分选术对高产菌株进行单细胞级高通量筛选。

资深供应商见解

对于初涉菌株工程领域的制造商而言，经验丰富的供应商支持不可或缺。贝克曼库尔特生命科学在生物制药领域积淀了深厚的专业知识，这些经验能够被精准地转化应用于生物代工厂以及致力于开发自有菌株企业的生物制造实践中。我们能够为细胞培养、基因组学研究、基因提取、CRISPR 基因编辑，及 NGS 文库制备等工作流程的各个环节提供全面的解决方案。我们深知可持续性对客户的长远发展至关重要，因此在产品开发设计过程中始终坚持实现净零排放的承诺。我们与合作伙伴共同努力，在生物制造过程中大幅减少塑料耗材的使用，并全力帮助他们采用生物替代品来替代碳源，携手迈向更环保的未来。

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参考文献

1. https://www.genengnews.com/news/gauging-ngs-impact-on-biomanufacturing/