随着生物技术的快速发展、社会对可持续发展要求的不断提高，以及消费者审美的逐渐升级，化妆品新原料研发及生产需求扩大，化妆品原料供应商逐渐加大研发投入，推动行业向创新、高效、安全、环保的方向发展。

合成生物学作为21世纪一门新兴交叉学科，为化妆品原料研发和创制带来了无限可能。通过改造微生物底盘细胞，合成生物学能以安全环保的方式定向生产高质量化妆品原料和可持续包装材料；助力企业打造差异化产品，丰富市场产品组合；结合人工智能技术，向消费者提供更精准和有效的个性化护肤方案。

在化妆品领域，合成生物学的影响力正逐渐加大，下面结合5个案例进行介绍。

1.透明质酸

透明质酸因卓越的保湿能力在护肤品中广泛应用，其以1∶1000的比例吸收并锁定水分，深层滋养肌肤。同时，透明质酸作为人体内天然存在的成分，安全性也得到广泛认可。除了在日常护肤品中应用，透明质酸还因优越的填充和抗皱特性被应用于注射型美容产品，备受美容医师和消费者青睐。

近年来，随着技术的变革，透明质酸生产方式从传统的动物源提取向发酵法和合成生物学方法转变。技术的转变使得透明质酸生产过程更加高效、稳定和可持续，赋予了透明质酸在化妆品行业更广泛应用的可能性。

回溯至20世纪80年代，山东大学张天民教授成功从人脐带和鸡冠中提取出透明质酸，推出国内首款眼科用透明质酸注射液。彼时，低提取率和低纯度使得透明质酸的价格非常高昂，应用发展受到了限制。几乎同时期，资生堂成功推出发酵法生产的透明质酸原料，当时国内相关领域发展相对空白。20世纪90年代，郭学平博士从上百株菌株中筛选出透明质酸生产菌株，开启了国内透明质酸发酵法生产时代，在大幅降低生产成本的同时为行业发展提供了更可控和可持续的替代方案。近年来，华熙生物用合成生物技术生产透明质酸，实现了透明质酸“质的突破”，并推动全球透明质酸原料及终端产业高速发展。

公开数据显示，2017年透明质酸原料全球销量达420吨，2022年达826吨，市场规模迅速扩张。其中，化妆品原料占比最高，约56%。

此外，透明质酸酶在优化透明质酸分子量和拓宽应用范围方面发挥了重要作用。华熙生物研发的高产透明质酸酶工程菌株，通过水解大分子透明质酸产生特定分子量的透明质酸，不仅丰富了产品线，也满足了不同领域对透明质酸的需求。

可以说，透明质酸及其衍生产品的发展，展现了生物技术在现代化妆品和医疗美容行业的创新力量，为消费者提供了更多高效、安全的护肤和美容选择。

2.胶原蛋白

近年来，为了应对年龄增长导致Ⅲ型胶原蛋白含量下降而出现的皱纹，胶原蛋白填充成为备受欢迎的美容方式之一。同时，胶原蛋白还具有保湿、修复、加速伤口愈合、减少疤痕生成、减轻紫外线损伤、改善皮肤暗黄等功效，在化妆品领域拥有巨大的应用潜力和市场价值。

胶原蛋白也因合成生物技术的发展经历了生产方式的变革。传统方法主要依赖从动物组织（如猪皮、牛跟腱等）提取，通过这种方法能够获得全长型胶原蛋白，结构与人类皮肤中天然的胶原蛋白相似。然而，动物提取法存在一些难以避免的问题，限制了胶原蛋白的研究和应用发展。

首先是安全性问题，动物源产品存在病毒传染和排异反应风险。其次是动物组织提取法依赖动物种群的质量，给品控带来挑战。最后是不同类型胶原蛋白在体内含量不同，动物提取法难以满足所有类型胶原蛋白的生产。

合成生物技术为胶原蛋白生产提供了新的解决方案，通过序列设计和菌株改造可以获得不同类型的胶原蛋白，如Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅶ型等。此外，通过序列优化，改造胶原蛋白序列，可以开发出功能多样化、适用不同应用场景的胶原蛋白产品。

目前，国内有很多团队通过基因工程技术在酵母或大肠杆菌等微生物中表达重组胶原蛋白。例如，华熙生物研发了重组Ⅲ型胶原蛋白，其序列特征使其对整合素有高亲和力，能高效促进伤口愈合；西安巨子生物筛选得到透皮性能优越的序列段，并以此序列段为基础，重复组建了不同分子量的Ⅰ型重组胶原蛋白，最终获得了有良好透皮能力的胶原蛋白产品。

尽管重组胶原蛋白发展迅猛，但合成生物学来源的胶原片段难以复现天然胶原蛋白的复杂结构，导致其在人体中易被蛋白酶降解。目前，开发与人天然胶原蛋白完全一致且具有三螺旋结构的产品依然是行业难点。

可喜的是，随着胶原蛋白热度持续升温，越来越多企业进入这一赛道，不仅推动了胶原蛋白生产技术的进步，也促进了市场的多样化和竞争。未来，胶原蛋白美妆产业将向更可持续、更高效的方向发展，满足消费者对功效、安全性的需求。

3.多肽

多肽作为一类由氨基酸组成的活性分子，在化妆品行业展现出独特的护肤效果。

早在1900年，就有科学家发现从牛肉中提取的肌肽能够抑制脂质过氧化反应；1921年，谷胱甘肽被发现，至今依然是功效优越的抗氧化成分。

近年来，多肽因卓越的保湿、修复、抗衰、祛斑和促进毛发增长等功效被广泛应用于化妆品中。仅2021年发布的《已使用化妆品原料目录（2021年版）》中就收录了79种多肽类成分，目前蓝铜胜肽、阿基瑞林、蛇毒肽、肌肽、胶原蛋白肽等已成为化妆品领域的明星成分。由此可见，多肽在化妆品领域具有极大潜力和广阔的应用前景。

多肽的生产方法包括化学合成法、动植物提取法、酶合成法及合成生物法。

目前，化学合成法是多肽的主要生产手段；动植物提取法是天然多肽的宝贵来源，如最初的胰岛素就是从猪和牛的胰腺中提取的。

近年来，生物技术在多肽生产领域展现出明显优势。酶合成法以相对温和的反应条件、较少的副反应和高产品纯度备受生产商青睐，且该方法避免了提取多肽时的潜在过敏原，同时能有效控制多肽的分子大小。深圳瑞德林生物就是以酶催化反应实现了多种美容肽的生产，该公司拥有具有强竞争力的酶定向进化技术，能够快速筛选出用于多肽生产的酶。合成生物法则在生产长链且复杂多肽的过程中取得飞速发展，主要通过利用改造的工程细胞合成特定氨基酸序列。这种方法不仅具有明显的成本优势，而且生产过程环保可持续。

目前，国内美容肽行业的发展存在同质化严重、技术创新少等问题，企业竞争以价格战为主。同时，部分做药物肽的企业入局美容多肽，进一步加剧了行业竞争。梳理发现，当前应用较多的美容肽产品往往小于10个氨基酸，化学法的成本优势限制了酶合成法及合成生物学方法的发展，由此造成的环保风险应当引起重视。

4.天然产物

近年来，天然产物的生产也逐渐得到合成生物学企业的重视。利用合成生物技术生产天然产物，能够保护珍稀动植物资源及生物多样性，实现可持续发展。

以角鲨烷为例，它是一种少有的化学稳定性高、使用感极佳的动物油脂。因具有良好的亲肤性、渗透性，以及辅助修复敏感肌的能力，角鲨烷在护肤品中有广泛应用。然而，传统角鲨烷由角鲨烯氢化制得，角鲨烯来源于蓝鲸和鲨鱼的肝脏，十分珍贵，也无法满足人类需求。而且，大规模捕杀蓝鲸和鲨鱼，对海洋生态系统会造成巨大破坏。为了保护生物多样性，行业内做了很多创新尝试，包括从橄榄中提取角鲨烯，但成本、纯度和产品一致性都难以替代鲨鱼提取的生产方式。

2008年，美国合成生物学企业Amyris采用半合成生物方法，成功获得高纯度的角鲨烯。他们采用可持续的甘蔗糖为碳源，用工程改造的酵母细胞发酵生产β-法尼烯，之后通过化学方法完成偶联及脱磺酰化反应，经过提纯制备高纯度角鲨烯产品，大幅提升了角鲨烯的产量及工艺可持续性。目前，有越来越多的研究者实现了利用合成生物学技术一步法合成角鲨烯的工艺，免除了从法尼烯到角鲨烯的化学反应步骤，进一步提升了生产工艺的环保性和可持续性。

5.一次性产品和塑料包装

近年来，一次性产品和塑料包装对环境造成的影响日益显著，进而推动可持续理念逐步渗透到化妆品包装设计和材料选择领域。合成生物技术提供了一种革命性的路径，不仅能生产对环境友好的包装材料，减少生态足迹，还能实现包装设计的高度定制化，满足市场对美观、实用和可持续性的综合需求。

目前，合成生物技术在开发多种可生物降解塑料方面已取得显著进展。例如，微构工场利用合成生物技术生产了30多种不同性能的PHA（聚羟基脂肪酸酯）材料，并将生物制造产能提升了80%以上，符合国家绿色制造的战略发展方向；安徽丰原、凯赛生物等企业开发了将秸秆转化为PLA（聚乳酸）的技术。这些生物基、可降解材料不仅为化妆品包装提供了新的选择，也给医疗、食品包装和一次性餐具等其他领域的可持续性实践提供了示范。采用这些新材料，一方面可以减轻传统塑料对环境的污染；另一方面有助于推动化妆品产业向更加绿色、可持续的方向发展。

随着技术的不断进步和成本的进一步降低，合成生物学在化妆品包装材料领域的应用将越来越广泛，为化妆品行业的可持续发展注入新的活力。（作者单位：华熙生物科技股份有限公司）

(责任编辑：申杨)