对于化妆品和美丽健康产业来说，合成生物学智能智造可能是一个新鲜的词语。合成生物学通过设计-构建-测试-学习（DBTL）形成循环，这样的智能合成方式会给化妆品产业带来什么样的创新呢？
合成生物学在化妆品原料领域的应用日益广泛
合成生物学基于分子生物学、系统生物学、组学和工程学的原理和方法，从基因片段、DNA分子、基因调控网络与信号传导路径到细胞的人工设计与合成，设计和创造新的生物组件和体系，或对现有的生物体系进行重新设计[1]。从基本的生物组件构建复杂的人工生命体系，对整个生命过程进行重新设计、改造和构建。
合成生物学逐渐成为化妆品原料的创新驱动力
来源于动物或者植物的化妆品原料成分大部分会具有比较复杂的分子结构，如果从天然植物中提取又存在含量低、不可避免会受季节影响以及无法控制的农药和重金属残留污染等问题；而化学合成法合成路径较长、反应条件复杂、产品得率低和会对环境产生不小的污染[2]。上述种种因素均会限制很多化妆品原材料的开发，因此生物制造是大势所趋。
►“上游”基因层面载体，动物细胞生产
全细胞合成：在细胞内组装生物合成途径和代谢网络，从最简单的原料出发，通过发酵微生物来合成目标分子，如透明质酸、胶原蛋白、虾青素、麦角硫因、唾液酸……
►“下游”直接利用微生物制造产品
酶合成：将酶或多个生物合成酶放在细胞外进行催化反应，以简单原料为底物合成目标分子，如肌肽、唾液酸、谷胱甘肽、甘油葡糖苷、VC葡糖苷、熊果苷……
相比其他生产方式，生物制造的核心优势在于借助细胞工厂的高效代谢系统降低成本和减少排放[3]。细胞工厂的构建与测试又包括底盘细胞选择、途径主张、基因导入、重组菌构建及筛选和性能测试等，其中多轮筛选贯穿整个流程。
筛选的关键技术瓶颈，可以从如下三方面去考虑：效率、筛选策略和灵活性。
►提高效率
减少筛选轮次(↑通量)
减少限速步骤(↑筛选能力，自动化)
►优化筛选策略
一步就能锁定目的克隆(↑技术/设备/方法)
数据收集、反馈、决策(↓决策时间)
►增加灵活性
适应多种应用(↑定制化)
多种功能可选、可扩展(↓重复投资)
丹纳赫生命科学合成生物学整体解决方案覆盖合成生物学的“设计-构建-测试-学习”闭环工作流，针对现有生物铸造厂中试错实验量大、自动化需求高、大片段DNA合成成本较高等局限，提供高通量合成生物学自动化平台。
以高通量自动化技术为核心的合成生物学综合解决方案
主要以丹纳赫生命科学旗下贝克曼库尔特生命科学的Biomek i7(H)双臂自动化工作站为平台搭建，整合进Echo纳升级声波移液系统、高通量耗材供给站、高通量在线振荡培养箱、高速冷冻离心机、SpectraMax酶标仪、电动PCR仪、封膜机、撕膜机、QPix微生物克隆筛选系统，设备之间的连接以Biomek机械手、SCARA机械臂和轨道实现，用以完成从分子克隆到蛋白筛选的全自动化操作。
丹纳赫生命科学基因克隆及蛋白表达自动化整合方案
QPix系列高通量筛选系统助力合成生物学研究和产业化进程
在整个流程中，海量的工程化试错实验远远超出劳动密集型研究的能力范畴，而其中微生物单克隆筛选正是需要自动化高通量方案来解决的一环。
与传统筛选方法相比，丹纳赫生命科学旗下美谷分子仪器的QPix系列微生物克隆筛选系统能够实现3000克隆/小时的通量，其荧光功能帮助一步鉴定阳性克隆，从而简化后续的下游分析；样本追踪和数据管理功能在整个自动化流程中实现有效的样本数据管理，帮助科学家将专门“设计”的基因信息从数字转变成特殊功能的微生物体，加快化妆品原料的开发和产业化进程。QPix系列微生物克隆筛选系统与自动化系统的整合，能更大的提升整体效率，减少运行系统所需的人工工作时间，从而降低每个项目的财务成本。
美谷分子仪器的QPix460 微生物克隆筛选系统
技术瓶颈的突破--高通量菌种复筛和生物工艺开发新技术及应用
俗话说：好种出好苗，菌种选育及其生物工艺开发在提高产品质量和产量等方面发挥着非常重要的作用。在此过程中会遇到不少共性问题，如：传统生物反应罐通量低，费时、费力、费原料；摇瓶的发酵过程为暗箱，容易遗漏关键信息。
丹纳赫生命科学旗下贝克曼库尔特生命科学的Biolector XT高通量微型生物反应器，既能高通量筛选也能补料和pH调控，并在线监测多种发酵参数，还能结合DoE快速获得大量高质量数据，更好地理解发酵过程，从而快速且低成本地筛选高质量的菌株和工艺条件，以微小规模成本实现生物进程研发和放大。
贝克曼库尔特的BioLector XT高通量微型生物反应器
SCIEX声波激发与质谱耦合系统(Echo MS)助力合成生物学研究
质谱技术作为检测手段的一种，以其灵敏度高、特异性高、样品用量少、扫描速度快、产品配套成熟度高等特性已广泛应用于化学、化工、生物、制药等各个领域。声波激发质谱AEMS技术通过开放端口接口（Open Port Interface, OPI）将高速声波液滴激发技术（Acoustic Droplet Ejection, ADE）与经典的ESI电离方法有机地结合在一起，实现了零交叉污染、高定量分析精确度的高通量分析平台。
这项技术结合了质谱仪的广谱检测及宽动态范围，ADE的高速、精准样品递送， 以及OPI的定量无损转移样品等特性，实现了优秀的技术协同。Echo-MS既提高了质谱分析通量，也更好地匹配质谱进样分离手段与质谱仪的高扫描速度，让高通量这个维度更上一层楼。
SCIEX 的Echo MS声波激发耦合质谱系统
参考资料
1.【打造梦想实验室】之智能化的合成生物学实验室
https://mp.weixin.qq.com/s/CGelW5odCYTxtWrK-ec6FQ
2. 郭学平，合成生物学--化妆品原料的创新驱动力. 中国化妆品，2021, 12: 18.
3. 2023年合成生物学行业深度报告 合成生物学是21世纪最值得关注的行业之一
https://www.vzkoo.com/read/20230201f2b8010e3eefb66ef3aa72be.html
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