揭秘美丽革命 | 合成生物学探索未来护肤

作为生物学领域的一门新兴交叉学科，合成生物学打开了非生命物质向生命物质转化的大门。其工程化设计理念，在遵循生物合成基本规律的基础上，能够对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成，进而实现新功能或者合成新物质。这种对天然生物体“从无到有”的改造，将生物科技领域基础研究转化为实际社会生产力的关键科学技术，合成生物学也因此成为现代科学最富前景的领域之一。

合成生物学在新型化妆品领域有着广泛的应用前景：

提高原料稀缺性 ：传统化妆品原料受季节、气候和地域等因素限制。合成生物学可以通过利用微生物或植物细胞工厂合成目标化合物，提高化妆品原料的供给稳定性和可持续性。

创新产品开发 ：通过利用基因编辑、代谢工程等技术，可以合成具有新颖功能和性质的化妆品成分，如抗衰老成分、抗氧化剂、保湿剂等，推动化妆品行业的创新和发展。

降低生产成本 ：不需要大量的植物提取和化学合成，实现对化妆品原料的高效生产，降低生产成本，并且采用环境友好的生产方式，减少对自然资源的依赖和环境污染。

可持续发展 ：通过利用微生物或植物等生物体进行生产，减少对有限资源的依赖，实现资源的可再生利用，促进化妆品行业向更加环保和可持续的方向发展。

定制化产品需求 ：对化妆品原料的定制化生产，根据市场需求和消费者偏好合成具有特定功能和性质的化妆品成分，满足不同消费者的需求。

目前，合成生物学在新型化妆品领域的应用尚处于初期阶段。 合成生物学技术仍需要不断发展和完善 ，优化生产工艺和提高产量，以满足化妆品行业对原料的需求。其次， 化妆品原料的安全性和稳定性是一个重要考量因素 ，需要对合成生物学技术合成的化合物进行充分的安全性评估和稳定性测试。除此之外， 传统化妆品行业的成熟和保守也是合成生物学在新型化妆品领域应用的一大挑战 ，需要克服传统观念和行业壁垒，推动合成生物学技术在化妆品行业的广泛应用。

在化妆品领域，原料的选择对产品的质量、功效和市场竞争力都具有重要影响。原料是化妆品的基础，直接影响产品的成分配比、质地和性能。利用合成生物学构建的“人造微生物工厂”，可用于医学临床、美容护肤和保健食品等产品所需功能性原料的生产。同时，用合成生物学生产化妆品原料不仅具有节约资源、收率高、生产成本低、周期短、保护环境和符合可持续发展理念等优势，也顺应了当下纯净美妆的潮流趋势。

角鲨烷是少有的化学稳定性高，使用感极佳的动物油脂。因其良好的亲肤性、渗透性，以及辅助修复敏感肌的能力，在护肤品中有广泛应用。然而传统角鲨烷由蓝鲸和鲨鱼的肝脏中的角鲨烯氢化制得，难以大量获取。

利用合成生物学， 将酿酒酵母改造成生产角鲨烯的高效的细胞工厂，为角鲨烷的大量合成提供了途径，既烯降低了角鲨烷的生产成本，也让这种优良的成分得以用于化妆品中 。

虾青素是一种酮式类胡萝卜素，广泛存在于水生动物如虾、蟹、鱼和鸟类的羽毛中。虾青素具有极强的抗氧化能力，可以清除二氧化氮、硫化物、二硫化物等，也可降低脂质过氧化作用，有效的抑制自由基引起的脂质过氧化作用，应用十分广泛。但是自然界中虾青素含量远不能满足各大行业需求，因此主要通过人工生产虾青素。

酵母菌的生物合成是人工生产虾青素的一个重要方式，利用酵母菌将葡萄糖合成β-胡萝卜素，β-胡萝卜素通过氧化及羟基化生成虾青素 。产虾青素的酵母具有很强的代谢能力，可以利用多种底物进行代谢和生物转化，例如单糖、二糖和多糖、有机酸和醇类物质。它还可以迅速利用简单氮源以及复杂混合物甚至工业废料，可有效降低生产成本。

麦角硫因是一种稀有的天然抗氧化剂，在人体内具有细胞保护作用，是重要的生物活性物质。在化妆品中，麦角硫因具有多种生理功能，包括清除自由基、美白、抗衰老、抗辐射、维持DNA合成和细胞生长等。然而，自然界中麦角硫因很少见，化学合成麦角硫因复杂且昂贵，而生物合成方法降低了成本并提高了产量，为获取麦角硫因提供了更可行的途径。

生物合成麦角硫因的途径之一就是利用重组微生物生产 。有研究对改造酿酒酵母的代谢路径进，希望重组改造后的酵母能够以葡萄糖为唯一碳源生产麦角硫因，从而降低工业生产麦角硫因的成本。该研究还发现，培养基优化表明添加泛酸盐进一步提高了菌株的生产力，不需要添加氨基酸前体。最终工程菌株生产麦角硫因的效率显著提高，该研究为麦角硫氨酸的低成本发酵生产奠定了基础。

透明质酸大量存在于人体及其它生物组织中，具有极强的保湿性能，在化妆品中主要作为保湿剂，增稠剂，乳化剂使用。透明质酸易在皮肤上形成水化膜提升皮肤润滑感，可促进皮肤对活性物质的吸收，膜的形成在一定程度了有隔离细菌作用，利于皮肤消炎及修护，延缓皮肤老化。

生产透明质酸最常用的两种方法是动物组织提取法和微生物发酵法。传统的组织提取法提取过程复杂，生产率较低，受到原料来源限制。而发酵法因成本低、产率高，易规模化生产等优势成为工业生产透明质酸的主流方法。随着制备方法的不断完善，人们对透明质酸的生产需求更注重高质量， 目前的研究主要通过基因工程、诱变育种等方式生产特定分子量的透明质酸以满足需要。 目前的研究热点之一便是建立一种高效安全的透明质酸制备方法以生产符合各种应用场景的特定分子量透明质酸。

胶原蛋白是一种结构性蛋白质，在人体中起着重要的支撑和连接作用。它是皮肤、骨骼、肌肉、血管、牙齿等组织的主要成分之一。胶原蛋白占人体总蛋白含量30%以上，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原蛋白占胶原蛋白总量90%以上。在皮肤中，胶原蛋白可以保持皮肤的弹性和紧致度，有助于预防皱纹和松弛。此外，胶原蛋白还有助于促进伤口愈合、增强骨骼和关节的稳定性，对维持身体的整体结构和功能至关重要。胶原蛋白的组织修复功能在化妆品抗衰、修护等方面有良好的应用前景，因此胶原蛋白也成为了近些年化妆品领域的新兴原料。

传统胶原蛋白从动物结缔组织中提取获得，提取方法主要有三种：包括高压辅助的物理方法、溶剂抽提的化学方法、酶的生物化学法。但是从动物组织中提取的胶原蛋白，存在动物源疾病等风险。重组胶原蛋白是通过基因工程技术合成的胶原蛋白，其制备过程包括将人工合成的胶原基因导入到宿主细胞中，使其表达和分泌胶原蛋白。 重组胶原蛋白组分单一、安全性高而且生产过程可控，并且重组胶原蛋白在组成和结构上与天然胶原蛋白相似，具有良好的生物相容性和生物活性，可以被人体直接吸收并参与构建胶原，帮助进行组织修复和部位填充，其修护皮肤和抗衰等功效在化妆品中的应用有很好的前景。 世界范围内，中国是全球率先实现重组胶原蛋白量产的国家，在行业内具有领先地位。

新型化妆品的未来展望呈现多个方面的发展趋势。未来新型化妆品会趋向天然有机成分，以满足消费者对健康和环保的需求，推动行业向更可持续的方向发展。其次，个性化定制化妆品将成为主流，基于个人基因和肤质数据的定制化妆品将更准确地满足消费者需求。另外，生物合成技术的进步将为化妆品提供更多新型成分选择，从而创造出更安全、更有效的产品。除此之外，数字化技术的应用将极大改变消费者的购物体验，通过虚拟现实和增强现实技术，消费者可以在线体验化妆品效果，提升购物体验和品牌互动性。最后，可持续发展将成为化妆品行业的重要方向，从原料选择到生产和包装的环保方面都将得到改善。因此，新型化妆品的研究方向将聚焦于开发更安全、更有效的成分，提升产品的个性化定制能力，加强数字化技术与消费者体验的结合，以及促进行业的可持续发展。