较通俗地说，合成生物学是利用经过工程化的生物（比如各种细菌），来生产各种我们想要的东西。这些产品范围很广，从柴油等燃料；塑料、尼龙之类的化工品；到以前需要从鲨鱼肝油中提取的角鲨烯这样的护肤品核心成分；胰岛素等药品；还有手机、电视的柔性屏材料……据麦肯锡预测，全球70%的产品可以用生物法生产。

而工业化放大，或者说产业化是其中非常重要的一环。很多案例在实验室里是一个样子，到了巨大的发酵罐里又是另外一个样子。

合成生物公司Amyris的崛起与衰落

Amyris曾在巴西尝试用自己设计的基因工程细菌将糖变成石油。巴西盛产甘蔗，糖最便宜。

Amyris的巴西工厂

合成生物学曾迎来过一次高光时刻。加州大学伯克利分校的化学教授杰·基斯林（Jay D. Keasling）是当之无愧的明星，他创立的Amyris公司，在盖茨基金会的资助下，成功对酵母细胞进行基因工程，生产出了青蒿素——一种用于治疗疟疾的重要药物，并大获成功。

Amyris想设计一种细菌，让它“吃”进去的是甘蔗汁（糖），“吐”出来的是金合欢烯（Farnesense），金合欢烯是一种好闻的芳香油，再执行一个简单的化学步骤（氢化），就能够变成高度可燃的燃料，特质与柴油几乎一样。并且这和化石燃料不同，燃烧不会排放出污染环境的废气，是实打实的绿色能源。

“合成生物学之父”基斯林的想法是，生物学最终将遵循工程和计算机的发展道路，细菌可被视为微型工厂，我们把先前在计算机里模拟的各种基因组合，进行编辑和测试。然后把它们打印出来，放入这个工厂里，通过各种酶组成流水线，这些细菌工厂就可以生产出我们想要的产品，一切将与计算机中预测的情况完全一样。

有一个伟大的想法、有能够前验的成功产品（青蒿素）、有最先进的系统和初步成功的实验室产品，组合起来就是风险投资的最爱。这家创立了3年多的公司，吸引到了最顶尖的硅谷风投基金，在2006年前后注资了几千万美元。

Amyris的商业计划非常有吸引力，除了颠覆石油之外，通过一些化学处理，金合欢烯（Farnesense）还可以被用于制造许多其他产品，从橡胶、塑料，到化妆品和润滑剂。在生物燃料的支持下，广泛的外延产品将大幅提高公司的利润，Amyris可以成为一家生物技术、化学和燃料公司，这三个不同的行业被一个基因工程酵母细胞联合在了一起。

到了2010年，通用电气（GE）和巴西飞机制造商Embraer测试了Amyris的航空燃料，发现它与传统燃料没有区别；奔驰也接受了柴油的样品订单，他们也说完全可行。

至此，Amyris已经筹集了超过1.56亿美元的风投资金，技术和产品也获得了客户的认可，这是一场巨大的胜利，Amyris决定上市。

在上市路演中，公司ceo梅洛宣称这些燃料可以直接导入汽车的油箱，无需改装发动机，而它们的原料只是巴西廉价的甘蔗。他承诺到2012年，Amyris将生产4000-5000万升金合欢烯。事后证明，这个产量的承诺是梅洛的悲剧性失策。

从更本质的角度来说，这是商业与科学沟通失败的结果，因为来自石油行业的梅洛认为这些产量小的可笑，但Amyris的发酵罐不是抽油机，从来没有人建立过这样的工厂，在实验室里生产50升和在工厂里生产5000万升是完全不同的难度。

Amyris在2010年在纳斯达克上市，伟大的前景吸引了大量投资者，市值一下飙升。而市场只关心一个问题：Amyris什么时候能实现盈利？

赚钱或高速增长，梅洛对产量的野心进一步提高，为了实现他1亿升的生产目标，在巴西甘蔗田中的发酵罐基地拔地而起。

新工厂在上市一年后开始运行，但问题重重。有时很正常，发酵过程跟在加州实验室时一模一样，但更多时候，巨大的罐子里充满了爆炸的酵母细胞尸体。

Amyris一时找不到原因，但这不妨碍市场对“颠覆石油”的巨大幻想。五个月内，股价翻了一倍；一年内，Amyris与世界各地的化学公司进行了20多项合作。

随着量产承诺的日期越来越近，Amyris发现这些酵母菌株比预想的要脆弱，时不时的酵母细胞爆炸死亡和转化率的不足，让量产进展缓慢。梅洛决定孤注一掷，开始兴建几个新的生产设施。

后来，梅洛回忆说，如果有机会重新来过，他会专注于一个工厂，把这个工厂搞好，而不是疯狂扩张。

压垮Amyris的最后一根稻草是油价。2011年美国迎来了页岩油革命，Amyris的生物燃料卖给客户的价格是每升7.8美元，作为燃料太贵了。更大的问题是，Amyris承认每升7.8美元的高昂价格，并不包括其生产成本。换句话说，Amyris越是急于达到自己的产量目标，亏损的钱就越多。

在接下来的一年里，Amyris只好宣布未能达到产量目标，并且公布了巨额亏损，股价在随后一年里跌去了94%。

Amyris的命运给我们提供了一个事实——预测新型复杂技术的商业前景是多么困难。在科学家们完全了解生物体的所有功能之前，插入基因并且导出生产，都会是一件充满不确定性的事情。

关于工业化放大的一些观点

来自Amyris Biology Department 资深科学家张博士的观点

可以把合成生物学理解成一种高科技化加持的新型制造业。Amyris花了十多年的时间才通过成百上千人的努力和经验总结出了一套稳定的放大方法。这个过程中烧的钱是无以估量的。所以从这个意义上来说，独狼式的技术人才，在合成生物学的这个行业里，几乎是不可能存在的。这就需要的是一整个高质量的团队，而且这里面每一个关键环节的高质量人才都是必不可少的。然后，需要一定要有耐心和信心，要有承受风险的能力。

来自中国科学院深圳先进技术研究院Howard Chou先生的观点

合成生物学最大的难点是在工艺放大这部分，不管在美国还是中国，真正把一个生物工艺从小试放大到生产规模是很少见的。因为大部分做生物的人都是从学校出来的，没有做过工业化，因此在工业化上会遇到各种困难。菌在整个产品线可能只占5%-10%。当发酵罐出来以后，会出现很多问题。比如产品提纯出来，怎么用最低的成本分离提纯，单体做出来后，如果要做聚合物，怎么去保证聚合物的质量等等。

我们这个行业有几个约定俗成的规矩，第一，如果是做食品添加剂，它的质量要求不高，对人体生命无碍即可。第二，如果做的是药物，只要过人体的安全线其实就过关了。但是做聚合物不一样，客户经常会要求需要PPB质量，这是很少公司会去接触的。所以一开始就要根据选品来组织团队，如果要做聚合物，除了必须具备做菌种的成员，还需要具备使单体变成材料的成员，否则会很难做出产品。

然后选品方面也是大家觉得困惑的一个点，因为合成生物学经常会拿来跟化工产品进行对比，化工是相对便宜的东西，如果要创造一个新的工艺来做一模一样的产品，一开始很难在成本上有竞争力。除非在某一个技术环节有突破，这也是合成生物学的一个难点。因为合成生物学是门非常交叉的学科，你不但需要懂菌，还要懂发酵、提纯，有可能还要懂材料。因此你的团队要大，产品需要选对。无论是从该行业目前的技术能力，还是团队的技术能力而言，需要克服产品的瓶颈问题。

来自微构工场兰先生的观点

以我们的核心技术之一 “开放培养不染菌” 为例，“染菌”指的是发酵过程中除生产菌外的杂菌生长，会严重影响正常的发酵过程和目标产物的获取。我们解决方案是通过“三把锁”来抑制住杂菌的生长：较高盐浓度、碱性生长环境及我们特有的菌株的高速生长速度更快，抑制了其他微生物的生长。

但是在进行工业化的实际生产过程中，我们的第一把锁存在一些问题：由于我们生产过程中盐浓度偏高， 导致下游的废水处理成本大幅提升，因此从产业化这一端我们考虑的问题变成了如何在抑制杂菌和废水处理中找寻其中的平衡点。

通过研究我们发现将之前的盐浓度下调至不到1/4 后，依然可以抑制杂菌生长，同时下游废水处理成本也接近一般的发酵废水排放成 本了。在确定这一浓度后，我们通过一系列的合成生物学技术改造，使得新菌株能更加适应现在的低盐培养状态。经过了这一重要的产业化步骤，新一代的菌株不仅保有先前菌株的全部优势，同时下游废水处理成本大大降低。

从小试到中试放大，这个过程非常考验工艺，产业化放大不是一蹴而就的过程，需要一步一个脚印去做。要小步快跑，但是切忌一步登天，要尊重客观事实规律。

在技术方面，我们最早在实验室里完成了10升发酵罐规模的小试，结果非常理想，于是推动到5吨发酵罐规模的中试。我们本以为这个应该是一个很简单的放大过程，然而事实上我们发现每一个步骤都需要重新进行摸索和优化：接种量的比例、培养基的配方、溶氧的控制、补料的方式等等。这就像是木桶效应，任何一个地方的不足都会导致最后整体发酵效果的不理想。

事实上，仅仅是中试这一步，我们一共用了4年的时间 才取得了最理想的结果。在此之后我们又进行了多批次的试验，在有了长足的实验数据积累之后，我们才进一步迈向了200吨发酵罐规模的量产试验，并于取得了成功。

来自蓝晶微生物张先生的观点

从实验室的科研成果到产品的商业化落地是很有难度的。实验室阶段只能解决产品落地流程中30%甚至更少的问题，剩下的70%集中在另外三个方面——工艺、工程、市场。我们认为这三样东西是偶联在一起的。

在工艺上，比如说有一家同领域的公司做清洁能源，它在工艺还没过关的时候就放手规模化建厂了，结果给公司后续发展带来了很大打击。再比如，用生物合成聚合物，做上游看不出来问题，但做下游工艺之后会发现，生物法生产的单体和传统化学法的单体是不一样的，生产出来的产品在品质上不能满足客户的需求。

在市场这方面，最重要的是选品。消费品的生命周期是三到四年，合成生物学的新产品开发从头到尾差不多需要5年时间和5千万美金的投入。如果产品选错了，比如周期性很强，或者是风靡3、4年后市场就不需要的东西，损失就会很大。所以当大家把目光和精力都集中在了前面的菌株研发上时，实际上它只占整个落地流程的30%，后面70%是由工艺、工程和市场这几个要素共同决定的，这些也是很有难度的事情。

来自：华创、华兴、生辉、经纬等，有改动