合成生物學即將革命你的產業

這篇是閱讀自BCG的研究文獻摘要,關於合成生物學對於產業的影響。

from BCG Interview and research: Synthetic Biology Is About to Disrupt Your Industry

合成生物學的技術慢慢越來越成熟,幾乎各種產物都可以使用生物來製造,產業需要學習如何利用這個領域的知識來幫助其優化製程、降低成本,確保未來的產業競爭優勢。

合成生物學這名稱不重要,重要的是實質底層的意涵,生物學本質上是去研究生物體內的現象和機制,而合成生物學則是利用對這些生物體的理解來設計及應用於生產和創造。微生物本身就能產生各式各樣的化學物質,隨者我們導入合成生物學的架構和工程思維,便能大幅改善整個生產流程。

供應鏈將不在受限於原物料的供應,公司將能理用細胞、細菌等等從底層來產生這些材料,比如半克的牛肌肉細胞可以培養成好幾百磅的牛肉,這類的技術將會創造數以百計的公司。估計到2030年,整個產業的價值會超過30兆美元。

整個產業的前進,主要得益於這十年來基因修改和定序的技術進步,除了相對便宜和方便的定序進步外,使用CRISPR作為基因編輯的工具讓價錢大幅降低,加上許多技術的進步如機器自動化、人工智能等等,讓這些技術的整合能帶給製藥產業、服裝產業、農業、化學工業、能源產業等等不一樣的革新和思維。

充滿創意的產品和製程

前幾年大火的植物肉,如Impossible Foods和Beyond Meat算是掀起了歐美產業的革命(素肉在東方算是相對成熟的市場,只是沒有這波歐美公司成功的市場策略和製程),也揭示了利用合成生物學的方法可以產生什麼過去無法想像的產品類型

Company with innovative product:Impossible Foods, Beyond Meat, Innocent Meat, New Age Meats, Change Foods, Eat Just, Good Chicken, Upside Foods, Ginkgo Biowork, Joyn Bio

改善現有產品的製程和表現

新的合成生物學公司開始重新設計一些傳統原料的製程,為了建置環境友善的流程,且能不使用石油為原料,改變整個供應鏈生態,另一方面,細胞或是微生物為主的製程可以大幅提高產出率(理論值,但也相對應有許多要克服的困難,比如菌種污染、最佳化養殖條件等等)。另一方面,傳統的鍊金或是從廢棄物萃取金屬的方式會使用到大量的化學試劑,但相對使用所謂的生物浸出(Bio-leaching),利用微生物來提煉特定重金屬,則相對傳統方法是更乾淨環保的,如百年礦業集團力拓集團(Rio Tinto)、必禾必拓(BHP)開始導入生物方法來提煉金屬如銅。

Extraction and recovery of precious metals from electronic waste printed circuit boards by bioleaching acidophilic fungi, 2017

降低成本,增加稀有材料的供應

日常生活中,許多我們習以為常的原物料,取得是非常困難的或是不環境友善,比如香草精,自從1900年開始,香草精作為甜點中重要元素,使其全世界需求量越來越大,但實際上只有非常少數是從香草豆莢而來,大多數都是從不同化合物中轉化而來,百分之85是使用木餾油中的愈創木酚(Guaiacol),百分之15則是從木質素(lignin)而來。另外,在奢侈行業中的皮革,也是近年來飽受動物保護觀念而影響,逐漸希望能有替代方案,於是開始有相關的生技廠商,使用非動物性材料來創造出皮革的質感,比如Modern Meadow,便是使用可以產生膠原蛋白的酵母菌,藉此來製造成皮革材料,MycoWork公司則是利用蕈類的材質來創造皮革般質感的生物材料。

from MycoWorks website

催化更有彈性的供應鏈

隨者世界朝向低碳排等永續環境目標下,導入生物製程提供傳統行業更加環保的方案,如聖地牙哥的公司Genomatica,他們使用生物製程來產生尼龍所需的前驅物質,提供給杜邦公司作為尼龍6這個專利材料所用,主要使用微生物來發酵來自於植物的醣類,來產生這些前驅物質,而不須依賴石油,這樣的好處是可以讓製成的碳排放大幅降低。也因為是使用微生物等作為材料供應來源,整體供應鏈的彈性將遠比以前依賴石油時更為彈性。

未來這樣的產業趨勢主要由兩個東西決定:技術成熟(time to maturity)技術可接受性(diffusion)。技術成熟的時間,則跟產業能否規模化和成本相關聯,大概百分之九十的合成生物學技術,都無法規模化,規模化通常代表者菌株的選擇和優化,以酵母來說,至少要能每年60萬公升,動物細胞則是每年4萬5公升,而規模化需要時間,伴隨者就是成本的降低。技術可接受性,則跟當地法規、產業聚落、投資和產品特性央關,以及市場的選擇,是否生產目標本身極具被取代特性,這速度也跟相對於的人才供應有關。

合成生物產業改革傳統產業的方式

  • 現行產業面對新合成生物學產業的競爭,因其提供更便宜、更快的生產能力,以及相對低的環境足跡
  • 現行產業轉型往更環境友善的製程改進
  • 現行產業使用合成生物學公司所製造的新型態材料

所謂的產品替代,可能從B2B到B2C都有,在工業層級上,最主要的是BCD產業(大宗化學和特用化學產業),再來可能在往香料和調味劑方向做調整,主要根據可能的產業規模相關。

閱讀參考:

BCG: Synthetic Biology Is About to Disrupt Your Industry

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