采访｜从演化到设计：人工生物架构提速生物工程时代到来

内容提要

❍ 倍生生物是一家专注于物种设计和应用的合成生物学公司。

❍ 倍生生物期望通过全局理性设计出一套面向未来的工业微生物，克服现有底盘生物的局限性。

❍ 当前布局食品管线，倍生生物希望以「沿途下蛋」的模式确保长线研发与短期收益的平衡。

❍ 倍生生物希望成为一家技术生态公司，与越来越多的生物技术公司合作，一起完善物种设计的技术生态，一起来做看上去无暇顾及、无力尝试甚至不敢想象的管线研发。

在「碳达峰、碳中和」的时代背景下，生物产业迎来重大机遇，然而生物制造业的核心生产工具仍是天然生物，其难以工程化的特性限制了工业价值的进一步拓展。

合成生物学家通过对模式菌株进行遗传改造，如大肠杆菌和酿酒酵母，使之在实验室中实现高附加值产物的生产。但受限于模式菌株自身的特性，成功实现商业化案例屈指可数。倍生生物认为，只有对生物的细胞网络和基因组架构进行全局理性设计，使之兼具代谢多样性和高度工程化的特质，用人工设计的工业微生物全面替代天然微生物，才是打开人类「生物工程文明」的最终钥匙。

倍生生物 (Biosysen Ltd.) 是一家由数位海归博士共同创立的、专注于物种设计和应用的合成生物学初创企业，自 2019 年成立以来已连续完成种子轮和天使轮融资。其中，种子轮由红杉中国种子基金领投，奇绩创坛、云九资本跟投；天使轮由红杉中国、绿洲资本、线性资本共同投资，种子轮投资方奇绩创坛、云九资本持续加码。总融资额超过一亿元人民币，创下国内合成生物学企业早期融资新纪录。由著名创业***奇绩创坛（原 YC 中国，2021 春季创业营校友）、依托于中科院深圳先进技术研究院的光明工程生物产业创新中心加速孵化，倍生生物现拥有位于深圳市光明区和宝安区的两个研发中心，以及位于深圳市光明区和安徽省黄山市的两个中试基地，包含生物信息与基因组设计、基因组制造、定量组学分析和精细化中试生产四大核心技术平台。

不同于大部分合成生物学企业聚焦于代谢通路和遗传元件的设计和测试，倍生生物旨在用软件工程理念指导工业微生物基因组的全局理性设计，以天然生物为出发点开发「ArchiCel^®」——构架化基因组的物质处理单元 (Material operating CELl with ARCHItectured genome)。类似于 IT 工业中的 Windows+X86，ArchiCel^®  将有望成为支撑新一代生物技术生态的件底软硬层架构。倍生生物希望以这一物种架构为普罗米修斯之火，引领人类走向生物工程文明。

创业的初心

/ 再创 /

很高兴邀请到康康博士参加本次采访。首先请康康简单的介绍一下自己的学术和工作经历，以及如何选择了创业。

/ 康康 /

大家好，我是倍生生物的联合创始人、首席信息科学家康康，大家可以叫我 KK。我之前在华大基因工作，并且在杨焕明院士的指导下创立了华大的合成生物学研究小组。之后在香港大学修读系统生物学和生物信息博士，并在德国和丹麦从事研究，于 2019 年回国。不久后，我在华大的前同事陈钰博士也从德国回国，并创立了倍生生物。

最初的倍生还是一间小作坊式的公司，而且从外人看来，貌似就是一家酿啤酒的公司，但是当时陈钰博士已经收集了上千株用来酿酒的酵母，并且自己酿一些非常惊艳的样品。因为我们俩都有在德国的经历，所以对啤酒有特别的偏好，从那时起，我就开始频繁与他交流，也主要想要蹭酒喝。

/ 再创 /

那么您后来是如何决定加入倍生生物的呢？

/ 康康 /

陈钰博士是个比较不善言谈的人，对于自己真正想做什么，也很少透露。当然，凭着我对陈博士的了解，我知道事情没有这么简单，这从倍生的起名和 logo 就可以看出来。B 字可以看作是正在分裂的微生物，而 Biosysen 这个词，一看就和他的老本行系统生物学有着关系。Logo 旁注释着「The bioware company」，所以当时我就知道，这家公司定不是「自己酿酒喝着玩」这么简单，它是一家希望做更大事情的公司。

但是我没有立刻加入倍生。都说找合伙人和找对象的标准和过程很像，我们当时确实进入了一段「互相试探」的过程。我那时候对于「试探他想做的事情」饶有兴趣，他也一边试图「勾引」我加入，观察我的反应，一边试探性地透露更多的基因组设计的理念，因为懂行的人都知道「泄露天机」的后果对于一家刚起步的公司来讲有多惨重。

所幸，我们算是「双向奔赴」，我们走到一起，才有了倍生的生物信息和物种设计平台。我们于是开始不再遮掩地宣布，倍生生物是一家专注于物种设计和应用的合成生物学公司。

物种设计的起点

/ 再创 /

目前很多合成生物学公司都会称自己有能力构建菌株，那请问倍生所谓的「物种设计」具体指什么呢？

/ 康康 /

物种设计是一个非常庞大的概念。大部分做合成生物学细胞工厂的公司，都会做底盘菌株的细胞网络细胞网络修改，多多少少都可以在一定程度上称作是菌株设计。

而倍生的所谓「物种设计」是基因组水平上的非常底层的理性设计，我们希望通过对工业微生物的细胞网络进行模块化梳理，对整个基因组的工程架构进行重构。据我们了解这项工作，哪怕是在世界上，都鲜有公司触及。

/ 再创 /

我们知道，基因组水平的遗传工程是一项非常底层的工作，为什么倍生生物把研究的焦点放在这里呢？

/ 康康 /

大部分合成生物学研发最关注的技术层级一般是代谢通路的构建。比如说我们需要一个目标产物，我们就把这个代谢通路构建出来放到底盘菌株中，敲掉一些旁枝通路，使物质和能量尽可能地流向目标产物。这是大部分生物工程项目都会做的事情。

但我们认为是这样做是有非常大的限制的。首先，每一种微生物都经历了几十亿年的进化，都拥有独特的细胞网络特性和高度复杂的细胞网络拓扑结构。我们在它复杂的细胞网络中，做「小打小闹」的修改，实际上对整个代谢流的影响非常有限，无法有效地引导物质和能量引向目标产物。而生物的细胞网络本身也会抵格外抗耗能的人工通路，用「进化」的武器将其沉默掉，使得从实验室验证到放大生产的路径上，处处埋坑。

模式菌株面临的瓶颈

/ 再创 /

如今业内经会出现各种各样关于模式菌株研究进展的文章报道，您是如何看待这类研究的？

/ 康康 /

合成生物学家擅长使用的模式菌株，比如大肠杆菌和酿酒酵母，他们虽然比较容易被改造，但其细胞网络实在过于平庸，缺乏明确的高产代谢流方向。从模式菌株作为起点构建一个通路，可能要优化十几到几十步反应，研发链路越长，周期就越久，量产风险就越高。

好比 Jay Keasling 老师在大肠杆菌和酿酒酵母里成功地产出了青蒿素的前体，成为了合成生物学产业化的明星故事。然而经过 15 年的优化，青蒿酸在细胞内的产量依然提升有限，在成本上依然输给从黄花蒿种植和提取，甚至提升幅度也不及对黄花蒿的育种改良，一个好的工程学案例最终没有成为一个成功的商业案例，也没有给生物基分子或材料的产业化带来爆发式增长。

非模式菌株的工业化前景

/ 再创 /

除了模式菌株，非模式菌株也是当下许多企业选择的改造微生物的方式，那倍生生物为什么没有做出这样的选择呢？

/ 康康 /

其实在「合成生物学」这个概念诞生之前，人类早已使用各种天然微生物来实现生产功能。比如用谷氨酸棒状杆菌来产味精、用醋杆菌酿醋、用乳酸菌发酵酸奶。这些天然菌机会没有受到过理性设计和改造，却已经具备某一特定方向的强大工业化能力。但他们大多难以被改造以获得更多的价值——哪怕是用来产相同代谢通路上的其他产物。而且，这些有天然工业价值的生物，在人类工业化的历史中，几乎已经被挖掘殆尽了。想要扩展细胞工厂的能力生产新的产物，「在自然界中碰巧遇到一种合适的微生物」的概率越来越低，势必依然需要使用合成生物学的力量，而数亿天然菌难以改造，将是巨大的障碍。

所以倍生认为，在生物产业中，模式菌株和天然菌株都是会被淘汰的。天然微生物有用但不好进行改造，模式菌株好改造但量产路径太长。也正是这两个方面决定了我们现在的生物产业，仍没有达到被技术驱动而产生爆发的时代。我们认为这个事情应该在未来较短的一段时间内被颠覆，只有引入理性设计底层技术革新和生产工具升级，才能解放生物作为工厂的生产力，才能引领人类真正地踏入「生物工程文明」。

ArchiCel^®：挑战性，革命性

/ 再创 /

可以跟我们详细讲讲倍生生物是如何「引入理性设计底层技术革新和生产工具升级」的吗？

/ 康康 /

我们选择启动一项有挑战性但同时也是革命性的工程，我们称之为「ArchiCel^®」，意为带有构架化基因组的物质处理单元。我们努力的方向就是全局理性设计出一套面向未来的工业微生物，他们既有超越模式菌株的工程属性，又能整合各种天然微生物的代谢多样性，以允许我们能在细胞网络层面上操控物质和能量的流向。而他们的基因组和细胞网络，势必像如今 IT 工业的软硬件一样，是高度架构化的。

因为基因组就是生物的软件代码，这套代码又决定了它的硬件系统。所有的天然微生物的基因组因，都经历了几十亿年的进化，像上万个上古程序员的「杰作」，每人随机添加或者删改一些代码得到的「代码垃圾站」。然而这样的无秩序的垃圾站，对于工程学是极度不友好的。所以我们最先要做的事情，就是对生物的基因组架构进行重新设计，进行代码重构，类似于软件工程中的 Refactoring，使每个功能模块都有标准的结构、文档、数据接口，可以被平行地开发、测试和迭代。这样我们在做不同基因组模块，以及不同的  ArchiCel^® 的版本做开发时，研发效率就会提高很多。

架构化生物的未来

/ 再创 /

在您看来，工业用途的微生物的未来何在？

/ 康康 /

我们坚信，架构化的生物是一种必然趋势。比如我们更加放飞一点，做一个思想实验，来畅想一株可以殖民火星，改造火星大气的生物。这个生物一定不是在地球上能够自然演化出来的，也绝无可能是通过简单的代谢通路构建、定向进化来实现。它一定只能通过不同物种的现有的代谢模块进行组合，经过不断的兼容性测试、版本迭代来构建出来。所以我们认为，对于越来越多的工业用途，架构化是唯一出路，而我也希望，这样有望改变人类文明进程的工程生物架构，是由我设计出来的。

/ 再创 /

为了完成这样的任务，对倍生来说，最重要的技术实力应该是哪些？

/ 康康 /

生物在自然界的进化是异常美妙的过程。我们要向几十万种天然微生物学习他们的基因组是怎么进化来的，它的基因的排布、基因组的稳定性怎么影响它的细胞网络，它的细胞网络到底是如何达到精妙的平衡，不同的物质能量出口又如何与生物本身的生理属性协同。我们同时也要理解，人类对其基因组结构和细胞网络结构的改动，会对遗传稳定性和物质能量平衡造成何种扰动。这其中，有非常多数学问题要解决，所以我们认为，做这件事的核心基础就是数学能力和生物信息能力。而在 ArchiCel^® 的构建和产业化的过程中，强大的实验能力、自动化能力、组学分析能力、结构化数据挖掘能力、工业价值孵化能力、精细化中试能力，也都不可或缺。

长线研发与短期收益的兼容

/ 再创 /

我们知道底层的研发周期非常长，但公司需要短期收益，请问倍生生物是如何应对这一问题的？

/ 康康 /

作为一个基因组工程项目，ArchiCel^® 的架构设计、构建、测试、迭代，自然是一个长周期的工作。而在数年的架构重构完成后，模块的替换、测试和工业价值挖掘，亦需要极高的实验室通量和较长的研发周期才能不断完善。

为了保证在架构重构彻底完成前，我们就可以看到 ArchiCel®  的工业价值，我们对「从哪些模块的哪些版本」开始工作做了审慎的安排，以在保证成功率的同时，使得代谢流的变化立竿见影，顺藤摸瓜孵化管线、带来最大化收益。所以倍生早期管线，比如发酵食品，也可以在几年内用到 ArchiCel^® 的技术。发酵食品和饮料的研发重头戏，就是发酵体系中的风味物质和营养物质体系。而这些，恰好强烈地受微生物的核心代谢结构的影响。

我们相信，哪怕 ArchiCel^® 架构的完成度只有 5% 的时候，已经能带给我们非常多元的风味和营养物质体验了。

食品饮料：传统管线的新机会

/ 再创 /

倍生生物是为何选择了食品饮料管线呢？

/ 康康 /

之前也提到了，陈钰博士和我两个人都在这个德国生活过，我们确实爱喝啤酒。如果我们能够做一家公司，这家公司能够产出我们自己喜欢的东西、对产品有一定的认知，会更有热情。

另一个原因是，我们相信食品和饮料这样的行业，应该很快会迎来技术革新。医疗、化工这样的领域，相对成熟，整体技术水平都很高。尤其是医疗行业，放眼望去，没有任何一家企业是「低技术的」。在这些领域肉搏，虽然收益很大，但同时风险也很大。但是食品和饮料这个领域，依然非常的传统，很多厂商使用的还是几千年不变的技术。

食品饮料领域不管是从供应链到技术，再到产品的研发能力，都一定会被先进的技术所影响，这是必然的趋势。然而，当下高技术公司在这个领域涉足并不多，Impossible Food 仅凭豆血红蛋白的发酵和产品化，就成为一家颠覆性的明星食品公司，技术门槛远低于医疗领域的「高技术白刃战」。

并且，食品领域的产品丰富度决定了供应链形态，哪怕都是做酒，不同厂商不同风格的产品，也会出现差异化竞争，难以出现一家独大。对于技术型公司来说，批量研发 SKU 的能力远高于传统企业，是有明确优势的。与之相反的是大宗工业品，这些行业终局往往是「每个品类一家独大」，技术最先进、成本最低的公司往往会垄断市场，选品和押注的风险极大。这是我们在确信自己有足够优势前，并不着急涉足的。

我们相信，生物技术在食品饮料领域的贡献一定会飞速增长。纵观整个食品饮料领域，不管是原料、加工过程、添加剂、终产品的风味体系，都是可以被技术革新的。所以我认为这个领域的机遇非常明确的。

啤酒仅仅是变革的开始

/ 再创 /

我们看到倍生生物现阶段的产品是啤酒和饮料，请问您是如何定位现在的产品的？

/ 康康 /

很多人确实无法理解一家生物技术企业为什么要做酒的研发。实际上，与其说我们在食品饮料管线的产品是酒，不如说是「可以被量产的发酵食品风味体系、营养体系、数据化配方和生产解决方案」。事实上，基于我们的技术，这样的体系、配方、生产解决方案，用来迁移到其他产品形态上，比如固体发酵食品、发酵护肤品，乃至一些检测试剂盒，都是再简单不过的事情。

如今市面上大部分合成生物学公司，瞄准化工和医疗两个很火热且市场极大的领域。但由于这些领域产业链较长，研发人员其实离化工、医疗的下游真实需求有相当的距离，在产业化过程中极易踩坑。食品和饮料领域不存在这个问题，我们自己就是消费者，整个产业链很短，B 端和 C 端市场的需求都是相对明确的。除了商业化路径段，研发路径短也是一大优势。我们不需要像医疗科技或大宗制造业企业一样，等 10 年甚至 15 年，才能知道自己的技术是不是能胜出，自己的公司是否可以活下去。

/ 再创 /

我们最近也了解到，倍生生物刚刚完成了一系列的融资，那么倍生生物将如何利用这些融资进行布局呢？

/ 康康 /

非常感激大家的认可，从种子轮到天使轮我们一共募集了超过一亿人民币。不过，我们依然是一家非常早期的生物技术公司。我们将会用这些款项完善我们的研发中心和中试基地各大技术平台的建设，并吸纳更多的人才。

我们的基因组制造平台正在飞速运转。前期，我们进行了一系列试剂研发，成功将大量合成生物学常规试剂成本降低了 85～90% 左右。这允许我们大规模启用自动化平台进行基因组构建和测试时，免去了对成本的顾虑。我们正在进行十数台自动化工作站设备的调试工作，以加速基因组构建的效率。

同时，软硬件开发为倍生下一阶段的工作重点之一。生物信息和基因组设计平台正在开发 9 套自研工具集，包括实验辅助筹划系统、ArchiCel^® 设计工具集、自动化和 IoT 设备平台、生物信息工具集、产品迭代工具集等。

更多水到渠成的应用场景

/ 再创 /

倍生生物在未来是否有意愿进军一些其他的管线？

/ 康康 /

现在，倍生的组学分析平台部署了四套质谱检测设备，结合相应的生物信息算法，已经可以实现菌株代谢组、发酵体系、终产品体系和参数的绝对定量检测。

倍生目前拥有深圳和黄山两个中试基地，已于近期部署了超过 100 个高度 IoT 化中试发酵设备以及用于特殊产物的特种发酵设备。对于发酵设备的硬件、传感装置、中控系统和 IoT 系统，倍生都拥有自主知识产权。

在管线方面，除了发酵食品饮料的 SKU 研发和量产，我们也在积极推进其他风味体系、固体发酵食品、替代蛋白、日化产品添加剂、发酵美妆产品等的研发。这个管线所用到的技术、产品理念，实际上和发酵饮料是非常相通的，我们在食品饮料领域积累对于风味物质体系、营养物质体系的理解和工程化能力，实际上是非常容易迁移和复用到日化管线的。

另外，我们相信， ArchiCel^® 一定会展现出非常强大的工业能力。同时，因为 ArchiCel^® 不是只有一株，而是一个集合天然株菌优势的菌株库，每一株菌的代谢物质和能量的流向都是不一样的。因此，我们会在开发的过程中收集充分的数据，通过这些菌的组学和生理学数据，再去决定将其运用于哪些管线。

如果冲着一个单一的化工品做定向研发，从实验室到量产，其研发的失败率是非常高的，我们并不喜欢这样的研发模式。所以对于我们来说，只要物种的基因组架构设计好了，菌种迭代的版本够多，实际上最后的应用是水到渠成的事情。而且我相信基于  ArchiCel^® 的架构，我们对于大宗化工品的研发的速度，将是远超于现有的天然生物或者模式生物的。但未来具体做什么，什么时候开始做，数据会告诉我们答案。

服务于各行各业的物种架构

/ 再创 /

按照理想的发展路径，您认为倍生生物的未来会是什么样的？

/ 康康 /

大家钟爱「平台型公司」这个称呼，也有不少人这样定位我们。但我更喜欢讲，在理想的情况下，我们会成为一家技术生态公司。ArchiCel^® 本身是一个未来工业微生物的软硬件一体化架构，我们也希望它可以像 Windows+X86 一样，成为日后诸多软硬件应用的基础架构，推动人类文明的发展。

/ 再创 /

倍生所说的「生物技术生态」具体指什么？

/ 康康 /

我们会把  ArchiCel^® 开源或者授权给其他公司使用。倍生做为一家公司，研发能力毕竟是有限的。我们其实希望更多第三方加入 ArchiCel^® 的开发生态，充分挖掘  ArchiCel^® 的工业价值。

不同的 ArchiCel^® 对应着不同的基因组组成、代谢特性、生理数据和「脾气秉性」，每一株菌、每一项潜在的工业应用，都对应着一套完整的「菌+数据+配方」的解决方案。我们可以将「菌株+数据+配方+SaaS」打包授权给合作方，由合作方继续完成下游开发。

我们希望越来越多的生物技术公司能够跟我们一起合作，一起完善这样的技术生态，一起来做我们无暇顾及、无力尝试甚至不敢想象的管线研发，这个是我们更期待的。

我们期待 ArchiCel^® 能够服务于各种各样的行业，不管是食品饮料、日化美妆、医疗药物，还是化工材料等等，我们希望它无处不在。我们希望它在碳中和领域被用到，在陆地上被用到，在海洋中被用到，在火星上被用到，在柯伊伯带和奥尔特云以外被用到。我们希望它能触达人类文明所能触达的所有领域和所有时空。但是我们的能力是有限的，所以希望大家可以加入我们。