合成生物学和酵母可以帮助修复我们的药品供应链

新冠肺炎耗尽了美国的基本药物库存，使我们的供应链紧张，并阻碍了危重患者的治疗。政府和制药公司在试图解决这个问题方面已经晚了几十年，到目前为止，他们提出的解决方案还不够。为了为下一场危机做好准备--毫无疑问，下一场危机将会发生--我们需要一种全新的方式来制造救命药物。

两项技术-合成生物学和发酵-为传统制造业提供了一种有前途的替代方案。

供应链故障正在导致不必要的痛苦。今年5月，FDA报告了药物短缺，包括安全无痛地插入呼吸管所需的麻痹药，以及在患者戴呼吸机时控制疼痛的止痛药。从1月到4月，对这些药物的需求增长了213%；在高峰期，订单满足率-完成订单并运往医院的比率-降至37%。

这是一个迫在眉睫的问题，但不是一个新问题。几十年来，美国许多药物的活性成分都是从其他国家采购的；80%的制造商都在美国以外。在过去的40年里，超过40%的药物来自自然，主要是从植物中提取的小分子药物。值得注意的药物包括吗啡(从罂粟中止痛)，紫杉醇(从太平洋紫杉中提取的化疗药物)，东莨菪碱(从茄子中提取的晕动病)和青蒿素(从苦艾中提取的疟疾)。

药用作物面临洪水、干旱、火灾、昆虫和疾病等自然破坏的高风险。许多植物生长在特定的气候中-有些植物，比如罂粟，只在特定的许可证下种植-这意味着恶劣的天气或虫害可能会抹去全球大量的供应。为什么不直接囤积药物或药物成分呢？考虑到需要多少药物，特别是在全球危机的情况下，囤积是不切实际的，缺乏灵活性，而且成本太高，无法大规模运作。

我们今天依赖的以农业为基础的供应链是不可预测的、低效的、脆弱的和昂贵的。他们只会变得更容易受到与气候相关的灾难和其他全球不确定性的影响，比如地缘政治冲突。我们需要一种新的制造解决方案，让美国能够控制我们生产的药品，包括我们生产的药品的数量、时间和地点。

因为新冠肺炎，现在有了两党的支持来保护我们的药品供应链。众议院提出的一项法案呼吁采取措施，使我们的药品供应多样化；特朗普政府正在准备一项行政命令，要求基本药物在国内生产。政策改变是必要的，但到目前为止采取的措施并没有解决根本问题：我们的供应链无法对需求的突然变化做出反应。

合成生物学和发酵都可以。有了今天对DNA的理解和现代计算工具，我们可以利用植物作为灵感，对止痛药和麻醉剂等药物的成分进行生物工程。这个过程包括识别在植物中产生药用有益分子的遗传密码片段，然后通过将合成的DNA插入酿酒酵母来复制这些分子。在大型发酵罐中种植生物工程酵母可以导致这些高价值分子的大规模生产。我们今天已经在对一些药物使用这一过程--而且已经有很多年了。当礼来公司在1982年将胡姆林投放市场时，人们能够从细菌和酵母中获得胰岛素，而不是从猪或牛的胰腺中提取。

这种基于生物的方法可以消除从农业中采购活性成分的需要，使今天支离破碎和移动缓慢的供应链变得流线型。发酵需要几天或几周，而不是几个月或几年。它还解决了延迟问题。当原材料被种植和种植时，在出售之前会有长达两年的延迟。这意味着产量是提前很久设定的，当发生大流行、干旱或其他意想不到的事件时，没有经济有效的方法来增加供应。

一个基于生物的制造平台可以在美国境内按需生产足够的活性药物成分，并在生物技术社区(包括合成生物学专家)的指导下进行适当的投资和明确的政策愿景。就像联邦政府在过去十年里在能源和交通领域的推动一样，现在有机会通过建设新技术和制造基础设施，提供研究合同和拨款，以及向初创企业提供贷款来推动合成生物学领域的发展。

公私伙伴关系也将至关重要。初创企业和研究机构可以共同开发下一代技术，制药公司可以扩大制造和分销，政府机构可以为采用提供经济激励。

目前，制药公司几乎没有理由做出彻底的改变。然而，政府机构可以激励这些参与者采用新的做法，从而导致更高效、更灵活的供应链。税收优惠-例如减少土地或有毒化学品使用的抵免-可能会鼓励不需要耕作的基于发酵的制造方法。公共卫生保健系统也可以通过制定新的药品采购政策来影响制药公司。在传统替代品生产效率较低、对需求变化反应较差的情况下，他们应该优先购买通过发酵制成的药物。

政府还在鼓励私人投资合成生物学作为制造平台方面发挥作用。第一步是将与新技术和方法相关的监管风险和不确定性降至最低。为了鼓励进展，重要的是监管机构加快发酵衍生药物及其制造设施的审查和批准时间表。

今天的药品短缺是由新冠肺炎加剧的，但并不是孤立的。下一次的干扰是一个时间问题，防止或至少减轻它们的努力必须解决根本的供应链问题。基于合成生物的制造平台提供了一种国内的、快速响应的、经济的解决方案。

为了拯救生命和保护我们的基本药物供应，我们需要在下一波技术和基础设施方面下大胆的赌注。我们需要从今天开始。

克里斯蒂娜·斯莫尔克(Christina Smolke)是总部位于加利福尼亚州门洛帕克的合成生物学公司Antheia的首席执行官和联合创始人，斯坦福大学(Stanford University)生物工程教授，美国国家科学院21世纪科学与创新领导力委员会(National Academy‘Committee on Science and Innovation Leaders for the 21st Century)成员。