年產(chǎn)800萬噸！全球首個玉米表達(dá)重組膠原蛋白平臺，由美尚潔生物攜手美國康奈爾海歸博士后共同打造

近日，江蘇美尚潔生物科技有限公司（以下簡稱“美尚潔生物”）與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)吳昊教授（曾任美國康奈爾大學(xué)植物學(xué)博士后）團(tuán)隊達(dá)成重磅研發(fā)合作。雙方將共同推進(jìn)“利用玉米籽粒生物反應(yīng)器合成重組人源化膠原蛋白”的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，旨在構(gòu)建具有全球競爭力的生產(chǎn)平臺，攻克重組人膠原蛋白高成本、難量產(chǎn)的行業(yè)痛點(diǎn)，以期全面替代動物源膠原蛋白，滿足市場對高品質(zhì)膠原蛋白的迫切需求。

玉米籽粒生物反應(yīng)器技術(shù)是當(dāng)前生物醫(yī)藥領(lǐng)域最具前瞻性的創(chuàng)新方向之一。其核心在于利用轉(zhuǎn)基因玉米籽粒作為天然、高效的“蛋白工廠”，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)蛋白的穩(wěn)定表達(dá)與規(guī)模化生產(chǎn)。這一真核表達(dá)系統(tǒng)不僅具備與人體相似的翻譯后修飾能力，更能從根本上克服動物源膠原成本高、規(guī)模化難的產(chǎn)業(yè)化瓶頸，從而打破重組膠原蛋白“高品質(zhì)必然高成本”的行業(yè)困局。

作為全球首家利用玉米籽表達(dá)重組膠原蛋白的企業(yè)，美尚潔生物此次與頂尖農(nóng)科學(xué)府的深度合作，不僅是產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新的典范，更有望為行業(yè)帶來顛覆性變革。據(jù)測算，未來可支持年產(chǎn)規(guī)模達(dá)800萬噸、純度99%的重組人源化膠原蛋白，并將注射級原料終端成本控制在3000元/公斤左右。這一突破不僅為人源膠原蛋白的綠色制造開辟了新路徑，更將推動我國生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)向綠色化、規(guī)模化、高質(zhì)量發(fā)展加速邁進(jìn)。

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千億重組膠原蛋白市場持續(xù)擴(kuò)容，植物表達(dá)系統(tǒng)成行業(yè)新增長極

重組膠原蛋白憑借獨(dú)特的再生修復(fù)功能，已成為嚴(yán)肅醫(yī)療、醫(yī)美、功效護(hù)膚、再生醫(yī)學(xué)及保健食品等多個領(lǐng)域的關(guān)鍵原料。

根據(jù)弗若斯特沙利文預(yù)測，重組膠原蛋白在整體膠原蛋白市場中的滲透率將持續(xù)提升，預(yù)計2027年將達(dá)到62.3%。同期，中國重組膠原蛋白市場規(guī)模有望突破1937億元，年均復(fù)合增長率維持在35%的高位。分場景來看，2027年其在功效護(hù)膚、醫(yī)用敷料及肌膚煥活領(lǐng)域的市場規(guī)模預(yù)計將分別達(dá)到645億元、255億元和121億元。

當(dāng)前，重組膠原蛋白的生產(chǎn)技術(shù)主要有三大類：微生物發(fā)酵、哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)以及新興的植物表達(dá)系統(tǒng)。其中，傳統(tǒng)微生物發(fā)酵（如大腸桿菌、酵母）技術(shù)雖具備成本優(yōu)勢，但存在蛋白折疊不完整、糖基化修飾與人體差異大等局限；哺乳動物細(xì)胞（如CHO細(xì)胞）培養(yǎng)雖能生產(chǎn)高活性蛋白，但成本較高，并伴隨病毒污染和免疫原性風(fēng)險。相比之下，植物表達(dá)系統(tǒng)以植物細(xì)胞作為生物反應(yīng)器，兼具安全性、有效性、規(guī)模化與成本優(yōu)勢。

不同表達(dá)體系生產(chǎn)膠原蛋白優(yōu)缺點(diǎn)，動脈網(wǎng)制圖

隨著蛋白提取和純化技術(shù)的持續(xù)迭代，植物表達(dá)體系在蛋白質(zhì)產(chǎn)量方面已接近微生物和動物表達(dá)體系，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程明顯加快。從國內(nèi)采用稻米胚乳表達(dá)體系的元禾生物成功上市，到以色列Collplant公司利用煙草植物規(guī)模化生產(chǎn)重組人I型膠原蛋白并進(jìn)入臨床階段，國內(nèi)外企業(yè)的成功實(shí)踐表明，植物源重組膠原蛋白的商業(yè)路徑已得到驗(yàn)證，正在成為推動行業(yè)發(fā)展的新引擎。

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集成四大優(yōu)勢，玉米籽粒生物反應(yīng)器重新定義膠原蛋白的“質(zhì)”與“量”

在眾多植物表達(dá)系統(tǒng)中，玉米籽粒憑借其獨(dú)特的生物學(xué)特性與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，展現(xiàn)出顯著的綜合優(yōu)勢。

首先，玉米籽粒本身是天然的蛋白儲存器官。成熟玉米籽粒含水量低、蛋白酶活性低，有利于外源蛋白的積累。其內(nèi)部富含分子伴侶和二硫鍵異構(gòu)酶，能輔助外源蛋白的正確折疊。同時，籽粒體積大、干物質(zhì)集中，單位生物量內(nèi)可獲得更高目標(biāo)蛋白豐度；其蛋白組分相對簡單，且酚類、生物堿等干擾純化的次生代謝物含量低[1]，便于下游純化工藝或直接使用，降低工藝成本。

在產(chǎn)能與成本維度，玉米擁有堅實(shí)的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)支撐。我國玉米畝產(chǎn)近500公斤，在實(shí)現(xiàn)高效表達(dá)的條件下，理論上每畝可產(chǎn)出約20公斤重組膠原蛋白。經(jīng)過優(yōu)化純化工藝，其單位成本將遠(yuǎn)低于細(xì)胞培養(yǎng)等傳統(tǒng)路徑，為大規(guī)模生產(chǎn)提供了經(jīng)濟(jì)可行性。

更為關(guān)鍵的是，玉米作為一種真核表達(dá)系統(tǒng)，能勝任大分子量（>80kDa）膠原蛋白的合成，并可進(jìn)行包括羥基化在內(nèi)的重要翻譯后修飾。這種羥基化是膠原蛋白形成穩(wěn)定三螺旋結(jié)構(gòu)并保持活性的關(guān)鍵。通過共表達(dá)人源脯氨酰-4-羥化酶，玉米體系產(chǎn)出的膠原蛋白羥基化程度充分，其熱變性溫度甚至可高于部分動物源膠原[2]。這不僅賦予了產(chǎn)品優(yōu)異的常溫儲存與運(yùn)輸穩(wěn)定性，也為其在注射填充、高溫滅菌等高端醫(yī)療場景中的應(yīng)用提供了必需的結(jié)構(gòu)完整性保障。

而在安全性方面，玉米籽粒重組膠原蛋白徹底規(guī)避了動物源材料的病毒污染風(fēng)險，且內(nèi)毒素含量極低，安全性優(yōu)勢突出。這使得其下游產(chǎn)品應(yīng)用范圍大為拓寬，可直接用于醫(yī)用敷料、功能性食品及化妝品等領(lǐng)域，無需經(jīng)歷復(fù)雜的病毒滅活與內(nèi)毒素去除工藝。

綜上所述，玉米籽粒生物反應(yīng)器集成了“真核修飾+噸級產(chǎn)量+常溫儲運(yùn)+低資本開支”四重優(yōu)勢，為全面替代動物源膠原蛋白，實(shí)現(xiàn)重組膠原蛋白綠色、高效、低成本制造提供了一條更貼近現(xiàn)實(shí)的路徑，無疑是最具潛力的下一代產(chǎn)業(yè)化平臺。

03

校企協(xié)同打造玉米籽粒重組膠原蛋白，全面加速動物源膠原蛋白替代

基于玉米表達(dá)系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢，美尚潔生物與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)攜手啟動了本次聯(lián)合研發(fā)，旨在實(shí)現(xiàn)玉米籽粒重組膠原蛋白的產(chǎn)業(yè)化，并推動其全面替代傳統(tǒng)動物源膠原蛋白。

當(dāng)前，動物源膠原蛋白雖應(yīng)用廣泛，卻始終無法徹底規(guī)避病毒污染、免疫原性風(fēng)險及批次穩(wěn)定性等問題，且受制于養(yǎng)殖周期與倫理約束，難以滿足快速增長的市場需求。相較之下，玉米表達(dá)系統(tǒng)能夠提供一個高度可控、可重復(fù)、可拓展的生產(chǎn)平臺，從根本上規(guī)避動物源材料的缺陷，具備本質(zhì)安全、成本可控、可持續(xù)供應(yīng)等優(yōu)勢。

通過這一全新的生物制造路徑，雙方旨在從源頭構(gòu)建一個更安全、更經(jīng)濟(jì)、更穩(wěn)定的膠原蛋白供應(yīng)鏈，系統(tǒng)性應(yīng)對生物醫(yī)藥領(lǐng)域長期存在的高成本與高風(fēng)險雙重難題。

玉米籽粒重組膠原蛋白示意圖

而此次戰(zhàn)略合作的達(dá)成，源于雙方在產(chǎn)業(yè)與學(xué)術(shù)端的頂尖能力互補(bǔ)。美尚潔生物作為AI驅(qū)動的重組融合蛋白研發(fā)先鋒，已建立起國際領(lǐng)先的重組人源化蛋白技術(shù)平臺。其通過AI模型完成蛋白序列的智能化設(shè)計與優(yōu)化，并擁有成熟的合成生物學(xué)發(fā)酵與提取工藝，為玉米源膠原蛋白的分子設(shè)計、高效表達(dá)及后續(xù)產(chǎn)品開發(fā)提供了堅實(shí)的技術(shù)底座。

項目負(fù)責(zé)人吳昊教授，曾任美國康奈爾大學(xué)植物學(xué)博士后（美國康奈爾大學(xué)為常春藤聯(lián)盟成員之一，全球QS排名第16位），現(xiàn)任江蘇特聘教授、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博土生導(dǎo)師，深耕玉米籽粒遺傳學(xué)、進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)及生物信息學(xué)研究逾十五年，是分子克隆與作物遺傳轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的權(quán)威學(xué)者。團(tuán)隊成員在分子克隆與作物遺傳轉(zhuǎn)化方面經(jīng)驗(yàn)深厚，曾獲國家級創(chuàng)業(yè)大賽金獎，具備扎實(shí)的研發(fā)與工程化能力。作為華東地區(qū)唯一擁有作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的高校，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)在植物基因編輯、合成生物學(xué)與種子生物反應(yīng)器方向處于國內(nèi)前沿，是本次合作項目在植物科學(xué)與技術(shù)端的核心支撐。

據(jù)悉，雙方已在海南與南京建成4畝實(shí)驗(yàn)基地，正同步推進(jìn)不同氣候條件下的種植與表達(dá)測試。項目規(guī)劃清晰，將分階段完成轉(zhuǎn)基因植株構(gòu)建、籽粒擴(kuò)繁、中試提取與體系優(yōu)化，所生產(chǎn)的玉米籽粒重組膠原蛋白兼具產(chǎn)量高、成本低、修飾好等綜合優(yōu)勢。按計劃，項目有望在2028年推出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的人源膠原蛋白產(chǎn)品。

實(shí)驗(yàn)基地實(shí)拍

對美尚潔生物而言，此次合作是實(shí)現(xiàn)以“農(nóng)業(yè)級”成本穩(wěn)定生產(chǎn)“醫(yī)用級”膠原蛋白的關(guān)鍵路徑突破，更是其推動技術(shù)路線迭代、布局未來蛋白制造的核心戰(zhàn)略。對整個行業(yè)而言，玉米籽粒生物反應(yīng)器的成功產(chǎn)業(yè)化，遠(yuǎn)不止是增加一種生產(chǎn)選擇，在全球生物制造趨向綠色、低碳與普惠的背景下，它提供了一條環(huán)境更友好、資本效率更高、可及性更強(qiáng)的新路徑，有望推動高品質(zhì)膠原蛋白從高端領(lǐng)域走向更廣泛的大健康市場。

此次合作不僅是產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新的一次重要實(shí)踐，更意味著中國在植物源生物制造領(lǐng)域，完成了從前沿技術(shù)探索到產(chǎn)業(yè)化系統(tǒng)布局的關(guān)鍵跨越。通過融合企業(yè)在AI蛋白質(zhì)設(shè)計、工藝開發(fā)方面的工程化能力，與高校在作物遺傳、種質(zhì)創(chuàng)制方面的源頭創(chuàng)新優(yōu)勢，雙方將共同推動利用玉米生產(chǎn)高品質(zhì)重組膠原蛋白。

隨著該平臺的迭代與深化，有望重新定義高品質(zhì)膠原蛋白的生產(chǎn)邏輯，以更綠色、更經(jīng)濟(jì)、更可持續(xù)的方式，推動生物材料從“昂貴稀缺”走向“普惠可及”。這不僅將增強(qiáng)我國在生物制造領(lǐng)域的自主可控能力，也為全球應(yīng)對醫(yī)藥成本攀升、追求低碳發(fā)展提供了富有啟示的中國方案。

參考資料：

[1] 《何為玉米生物反應(yīng)器？它能作甚？》，量子生物農(nóng)業(yè)聯(lián)盟

[3] 《重組人源Ⅲ型膠原蛋白受損肌修復(fù)白皮書》，沙利文

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