10月9日,来自中国科学院、锦波生物、无龄生物的四位研究人员发表《合成生物学助力化妆品走进生物制造新时代》的论文。详细探讨了基于合成生物技术生产的护肤产品正在逐步摆脱传统化工产业,向生物科技进发,从“化妆品”逐渐向“生妆品”进化的趋势。
文章指出,传统护肤品经历手工制作、化工生产、合成生物技术参与三个阶段。当前,生物科技进一步革新了护肤品的成分开发与生产方式,开启了一个全新的时代。
随着基因工程等生物科技的发展,一些成本过高、难以获得的功效成分生产问题得以解决。例如:合成生生基因工程等技术提升了透明质酸、神经酰胺、角鲨烷等原料的经济性和环境友好性。
文章进一步对合成生物时代成就的新型功效成分进行了分析,主要分析了重组胶原蛋白和本草植物。
1️⃣ 重组人源化胶原蛋白
通过合成生物学技术理性设计制备出III型胶原的核心区串联重复分子T16,可用于医学难题和护肤,实现了工业化量产,年产能突破300吨,生产效率较传统提取技术提高30%以上,相关专利超200项。中国企业成为主要供应商,其应用场景拓展到日常护肤,T16分子具有保湿、抗炎等多种功效,且无毒、无免疫原性,适用多种肤质。
2️⃣ 合成生物时代的新本草
合成生物学在天然产物合成领域取得了突出的进展,人参皂苷、α熊果苷等多种天然药用成分通过该技术实现工业化量产(如图1所示),降低成本约30% - 60%。代表天然产物有:
人参皂苷:作为人参的主要活性成分,传统提取方法效率低、资源消耗大。通过合成生物技术可高效生产高纯度人参皂苷,应用于多个品牌的抗衰老护肤品。
α熊果苷:20世纪中叶从熊果叶中分离,传统植物提取成本高,现代通过微生物发酵生产提高了生产效率和可持续性,2024年研究指出其在工程微生物中的表达量可达到43.79g/L。
传统中草药成分:“七白散”和“玉容散”是传统中药护肤复方,通过合成生物学技术可高效合成其中的活性成分,减少对植物资源依赖,提高产品一致性和纯度,实现抗衰美白等功效,随着对天然药物研究的深入,将不断涌现具有护肤功效的新本草成分。
图1 护肤品功效成分的传统生产与
合成生物学方式对比
3️⃣ 合成生物时代的“生妆品”
“生妆品”概念出现,如ProtYouth胶原蛋白原液是首款成分完全来自合成生物学的护肤产品,摆脱了传统化工束缚。未来合成生物学将创造更多护肤成分,推动行业向更安全、绿色方向发展。
最后,几位研究人员对合成生物时代的生妆品行业进行了展望,主要有以下三个行业方向:
1️⃣合成生物新技术用于功效和安全评价
现有的化妆品功效和安全性评价方法存在不足,合成生物学的工程化思路可用于构建高通量评价体系,对关键靶点和通路进行改造,结合蛋白半理性设计等方法进行功效成分筛选和安全性筛查。
2️⃣ AI生物大数据,人工智能的应用
AI在蛋白质结构分析和设计等方面有重要应用,还可用于蛋白功能预测、酶活性预测等,推动基因回路的自动化设计和优化,未来有望借助AI解决皮肤问题。
3️⃣ 合成生物学会聚思路
一款成功的护肤产品需要多领域会聚,合成生物学的“会聚”特性及工程化思路、大数据应用等也适用于产业界的管理和运作。生妆品行业需多领域会聚,借鉴合成生物学思路实现发展。
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