金城医药：公司虾青素项目已于2022年底完成主体工程建设，目前正在进行设备调试

虾青素产自合成生物学法成本更优，饲料市场是第一增长曲线

1、虾青素具备优异的抗氧化能力，美容保健品消费及高端水产养殖市场空间广阔

虾青素可以有效清除自由基，可用于美容、营养保健品等消费市场。 天然虾青素是一种氧化性极强的类胡萝卜素，具有抗氧化、抗衰老、 抗肿瘤、预防心脑血管疾病的作用，国际上已将其应用于保健食品、 高档化妆品、药品等领域中。虾青素本身稳定性不高，易氧化、见光 易分解，市场上多以虾青素凝胶的形式保留其活性。

自由基是指任何包含未成对电子并能单独存在的原子或基团。人体自 然代谢的过程、压力、紫外线辐射及环境污染等都会诱导自由基生成。 若体内的自由基过量，这些自由基会与生物分子结合，对机体造成损 伤。抗氧化剂可以清除自由基并减少活性氧的作用，可被广泛应用于 减少氧化损伤。研究人员将虾青素与β-胡萝卜素、维生素 E 进行抗氧 化性能对比。研究发现，虾青素能够有效清除 DPPH 自由基、ABTS 自 由基、·OH 等物质，且清除效率远高于β-胡萝卜素和维生素 E。

天然虾青素是迄今为止自然界中发现的最强的抗氧化剂，因此天然虾 青素被广泛地作为添加剂应用于医药、高级化妆品、食用色素、营养 保健食品和饲料等市场。 营养保健品以外，虾青素作为高端水产养殖饲料具有以下作用： 1） 着色作用。类胡萝卜素是水生动物体内的主要色素物质，而 水生动物体内类胡萝卜素的大部分来源是虾青素。

2） 提高水产免疫力。虾青素能促进免疫球蛋白的产生，增加 IgG （免疫球蛋白 G）、IgA（免疫球蛋白 A）和 IgM（免疫球蛋白 M）的生成量，还能增强体液免疫反应过程中，辅助性 T 细胞 1 和辅助性 T 细胞 2 的活性，从而提高动物的免疫力。在饵 料中添加虾青素可增强对虾的抗病力，提高其存活率，还可 以削弱紫外线辐射对其的伤害。 3） 提高水产存活率。当饵料中的虾青素添加量少于 1mg/kg 时， 大西洋鲑鱼鱼苗的存活率不到 50%，当虾青素添加充足时， 鱼苗存活率可达 90%以上。 4） 增加鲑鱼风味。虾青素可直接作为形成鲑鱼食品风味的前体 化合物，也可促进脂肪酸或其他脂类前体物转化成鲑鱼的风 味化合物。

2、高昂成本限制天然虾青素应用空间，合成生物法将改变市场的供需格局

天然培育提取法成本过高限制了虾青素的终端应用。限制虾青素市场 规模的主要因素是生物提取法生产虾青素的关键原料——雨生红球 藻十分脆弱。雨生红球藻规模化培养时经常被寄生真菌壶菌感染。感 染后，90%以上的红球藻细胞短时间内死亡，导致培养失败。壶菌感 染雨生红球藻在全球范围内广泛发生，严重影响天然虾青素产量与品 质。

化学合成及红发夫发酵法生产的虾青素中，具备抗氧化性质的左旋虾 青素含量低，难以实现大规模应用。化学合成虾青素的市场主要由巴 斯夫、DSM 等企业占领。由于两端的羟基（-OH)旋光性原因，虾青素 具有 3S-3S、3R-3S、3R-3R（也称为左旋、消旋、右旋）这 3 种结构。 在化学合成法中，左旋：消旋：右旋比为 1：2：1。仅有左旋的虾青 素具有抗氧化功能，消旋、右旋的虾青素仅可作为着色剂使用。红发 夫发酵法生产的虾青素主要为右旋虾青素，抗氧化性较弱，不具备保 健功能。

合成生物法制取虾青素或将改变行业的供给格局。现阶段的虾青素制 备方法存在诸多缺点，比如化学合成法制备的虾青素存在杂质、发酵 法产物不具备抗氧化功能、天然藻类提取法成本高昂等。目前只有天 然藻类提取法可规模化生产左旋虾青素，并被各国法律所允许。但是 天然法制备虾青素的成本较高，大规模推广的空间不足。合成生物法 则具备可生产左旋虾青素及成本低廉两大优点。在公司使用的耶氏酵 母工程菌发酵法中，所产虾青素均为左旋虾青素。在发酵的过程中， 所需原料均为易获取的葡萄糖及发酵培养基，发酵 5 天左右即可产出高浓度虾青素。合成生物学法在原料成本、产品质量、生产时间三个 维度存在优势，可改变虾青素行业现有的供应格局。

存量市场替代+新增市场放量，虾青素饲料需求增长的确定性强。虾 青素在高端水产养殖行业的消费习惯已经成熟，已被欧洲、南美高端 养殖市场接受，应用于鲑鱼、虾的养殖。公司的虾青素产能 3000 吨， 有望 2022 年年底投产。产品将进入欧洲、南美的高端养殖市场。与此 同时，虾青素对石斑鱼、对虾等中国市场较大的水产有益。公司利用 合成生物法虾青素的价格、质量优势，在高端水产养殖的存量及增量 市场内替代化学合成虾青素。

3、公司掌握耶氏酵母菌合成虾青素专利，生产成本更低且具备抗氧化活性

公司拥有一种产虾青素的工程菌及其制备方法和应用的专利。该专利 以耶氏酵母菌为工程菌，将β-胡萝卜素酮化酶（CrtW）基因和β-胡 萝卜素羟化酶(CrtZ)基因整合入解脂耶氏酵母菌中，令解脂耶氏酵母菌 具备虾青素的生产能力。 专利中使用的解脂耶氏酵母是一种奶制品中常见的酵母菌，获取成本 较低且通过了一般性安全认证（GRAS）。其特点是能利用多种碳源在 细胞内大量合成和积累油脂，最终拥有丰富的乙酰辅酶 A 作为类胡萝 卜素合成的前体。其中的β-胡萝卜素是合成虾青素的关键原料。

将修改后的解脂耶氏酵母工程菌经特定发酵工艺与由葡萄糖、碳源、 氮源、胰蛋白胨、无机盐等组成的发酵、补料培养基组合即可生产虾 青素。该过程既避免了化学合成法产生的大量杂质，又不需要花费高 昂的成本维护雨生红球藻的生存，还具备原料易获取、产量大且稳定 的特点，节约了提纯、培育方面的成本。因此，将虾青素的合成途径 引入解脂耶氏酵母底盘细胞合成虾青素是安全、经济、高效的。具体 合成步骤如下所示。

1） 获取 CrtW 基因和 CrtZ 基因： β-胡萝卜素酮化酶和β-胡萝卜素羟化酶可以将β-胡萝卜素转化为 终产物 3S-3’S（左旋）型虾青素。合成上述两种酶的基因可以从天然 生产虾青素的藻类和细菌中获取。经过 PCR 扩增、纯化以及根据耶氏 酵母菌的密码子偏爱性进行优化等步骤后，CrtW 和 CrtZ 基因可进入 下一步的整合阶段。

2） 利用 CRISPR/Cas9 操作系统进行基因定点整合：该步骤将 CrtW 和 CrtZ 基因用 CRISPR/Cas9 操作系统或随机整合方法 分开或串联插入到 XK17、IF015、YC607 这三株高产β-胡萝卜素的解 脂耶氏酵母工程菌株的基因组特定位点。CRISPR/Cas9 操作系统可将无 标记基因靶向整合到解脂耶氏酵母基因组的特定位置。该系统将单链 导向 RNA（sgRNA）与 RNA 聚合酶Ⅲ（Pol Ⅲ）-tRNA 杂合启动子相结 合，构建用于基因敲除和整合的 CRISPR-Cas9 表达质粒 pCRISPRyl。另 一方面，在解脂耶氏酵母模式菌 Polf 基因组上筛选出多个基因整合效 率较高的位点，构建了带有 hrGFP 表达盒的同源供体质粒 HR Donor。 最终，通过共转化 pCRISPRyl 和重组 HR Donor 实现目的基因的整合。

3） 通过随机整合的方法整合目的基因： 由于解脂耶氏酵母菌能够高效吸收外源 DNA 片段，也可将七种 CrtW 基因和十种 CrtZ 基因以下图的构建方式随机整合到解脂耶氏酵母的 基因组上。

4） 筛选高产菌种 ：通过摇瓶发酵并测定不同工程菌株的虾青素产量，得到高产候选菌种。 最终，以 IF015 为出发菌株，先后定点插入 CrtZ(A08 位点)、CrtW（XPR2 位点）的产虾青素重组菌 ECA-1 为最优菌种，摇瓶水平的虾青素产量 可达 30-40mg/L。

5） 发酵制备虾青素： ECA-1 菌株在特定的发酵培养环境下产出虾青素，实验中最高可达 1.0g/L，且虾青素占类胡萝卜素比例很高，为全左旋的虾青素。

4、金城医药解脂耶氏酵母工程菌生物合成产业化脚步更快，安全及产量优势突出

目前，合成生物法制备虾青素有解脂耶氏酵母工程菌、大肠杆菌工程 菌和基于杜氏盐藻代谢途径构建工程菌等方法。公司现已将解脂耶氏 酵母工程菌发酵虾青素的过程工业化，可较早投入市场并赚取虾青素 的高溢价。

（1）大肠杆菌工程菌法制备虾青素的效率更高，但存在内毒素的安 全问题，后续提取过程需有机溶剂。利用大肠杆菌工程菌生产的虾青 素纯度及产量与公司所使用的耶氏酵母工程菌水平相当。从纯度的角度看，大肠杆菌工程菌生产的虾青素占总色素的比例 达到了 87%，而公司所使用的解脂耶氏酵母工程菌也达到了 82.47% （发酵 72 小时），最大产量状态下（发酵 143 小时）为 62.16%。产量角度看，解脂耶氏酵母工程菌的最大产量为 1.0g/L，而大肠 杆菌工程菌的最大产量为 0.958g/L，两者的差距并不大。大肠杆菌工程菌还具备发酵时间短的优势，仅需发酵 85 小时即 可完成生产，时间周期短于耶氏酵母工程菌的 143 小时。但是，上述大肠杆菌工程菌实验仅处于摇瓶阶段，仍未进入发酵 罐中进行试验，产业化进度缓慢。此外，由于该法生产的虾青素 富集于细胞内，需要使用有机溶剂进行提取。大肠杆菌存在内毒 素引起的安全问题。

（2）基于杜氏盐藻代谢途径的相关方法接近天然提取，但产量过低、 培养时间过长。华南理工大学拥有基于杜氏盐藻代谢途径合成虾青素 的相关专利。这一类方法通过将合成虾青素的外源性基因插入杜氏盐 藻中，使其具备合成虾青素的条件。该方法的过程接近天然提取法， 但是产量较低，且需要 20 天培养合成杜氏盐藻，产业化优势尚不明 显。

5、生物合成虾青素获批后有望在高端养殖饲料及消费赛道展露拳脚

目前金城医药将饲料市场作为其虾青素产品的第一应用场景，我们认 为由于公司生物合成虾青素产品是 100%左旋，类似天然提取来源，未 来应用范围不限于饲料产业。短期来看，公司的合成虾青素产线与发 酵法生产虾青素产线一致，短期可勇发酵法制备虾青素。未来工程菌 合成的虾青素产品有望获相关部门批准，工程菌生物合成的虾青素有 望进入日用化妆品、保健品等消费级赛道，更大程度地激发合成生物 学平台的盈利潜力。