文：薌靈
來源：生輝Agri Tech（ID：SciPhi_AgriTech）
很多與日常生活息息相關化學物質最初都來自植物，例如皂苷、水楊酸、紫杉醇。植物是強大的。從多細胞生命的早期開始，植物就合成了幾乎所有基礎營養素，創造並維持了地球上所有生命都嵌入其中的化學生態。為了在多樣化且經常具有挑戰性的環境生態位中生存，植物進化出一係列化學物質：有you些xie協xie調tiao植zhi物wu體ti內nei部bu代dai謝xie過guo程cheng，有you些xie幫bang助zhu其qi與yu外wai界jie進jin行xing通tong信xin。據ju估gu計ji，植zhi物wu化hua學xue世shi界jie擁yong有you數shu百bai萬wan種zhong獨du特te的de代dai謝xie物wu，動dong物wu和he微wei生sheng物wu相xiang形xing見jian絀chu。此ci外wai，許xu多duo化hua合he物wu是shi某mou些xie植zhi物wu所suo獨du有you的de。然而，尚處於未知的形形色色的化合物可能很難識別；即使被發現，由於途徑知識的稀缺、天然來源的有限、缺乏合適的植物生產或無法通過化學途徑合成，它們仍可能未得到充分利用。總部位於美國明尼蘇達州羅斯維爾的Calyxt，Inc.（Nasdaq：CLXT），正在通過“基於植物的合成生物學”應對這些挑戰。Calyxt 成立於 2010 年，通過基因編輯對植物的代謝活動進行工程設計，開始了其合成生物學之旅。Calyxt 最(zui)早(zao)的(de)成(cheng)就(jiu)之(zhi)一(yi)是(shi)開(kai)發(fa)了(le)一(yi)種(zhong)基(ji)因(yin)編(bian)輯(ji)大(da)豆(dou)，與(yu)商(shang)品(pin)大(da)豆(dou)油(you)相(xiang)比(bi)，其(qi)大(da)豆(dou)油(you)的(de)油(you)酸(suan)含(han)量(liang)更(geng)高(gao)，而(er)飽(bao)和(he)脂(zhi)肪(fang)酸(suan)含(han)量(liang)更(geng)低(di)，無(wu)反(fan)式(shi)脂(zhi)肪(fang)酸(suan)，且(qie)保(bao)質(zhi)期(qi)更(geng)長(chang)，也(ye)更(geng)耐(nai)烹(peng)飪(ren)。隨後幾年，Calyxt 為植物代謝設計建立了一個強大引擎：PlantSpring™。近日，該公司宣布，已與其第一個製造合作夥伴 Evologic 簽署了一項協議，以進一步開發和擴展該植物細胞基質（Plant Cell Matrix，PCM）技術平台。該協議支持 Calyxt 持續地建設其基於植物的合成生物學。Evologic 參與開發基於其專有生物工藝平台的技術，以生產獨特和可持續的生物產品。具體而言，Evologic 將推進 PCM™ 衍生化合物的製造，隨後為商業生產進行概念驗證。Calyxt 的 PCM™ 技術進一步增強了 PlantSpring™ 平台。PCM™ 利用多種細胞類型，維持可轉化且快速生長的植物器官培養。培養物包含植物毛狀根，並且能夠對代謝擾動進行原型設計。鑒於其轉化效率和生產力，PCM 係統可以通過各種方式調節基因表達，包括轉基因方法、基因沉默、基因激活和基因組編輯。因此，PCM 係統使 Calyxt 能夠在幾個月內設計、編輯和發現植物代謝途徑——這項工作在以前通常需要多年田間測試。Calyxt 發現，PCM 係統不僅可用於測試遺傳假設，還可用於生產化妝品、營養保健品和製藥等行業所需的植物代謝物。植物從共同祖先進化而來的 DNA 具有內在的相關性。這種相關性也意味著由 DNA 產生的化學物質也具有共同的前體。因此，如果能了解一種植物中存在的代謝途徑以及這些途徑的潛在 DNA，就可以利用這些知識在不同的植物中產生這些化學物質。在大約 40 萬種已知的植物中，隻有大約 800 種的基因組進行了測序，這個數字正在擴大；與此同時，Calyxt 正在進行戰略基因組測序，以闡明高價值化合物的代謝途徑。PlantSpring 平台將公共和專有基因組資源工具與人工智能/機器學習（AI / ML）相結合，以構建預測模型，闡明整個植物王國的通路知識。為解決訪問植物代謝物多樣性的局限性，Calyxt 正在通過 PlantSpring 平台開發一個可以預測完成非特征生物合成途徑的生態係統。解決采購稀有植物材料的困難的關鍵是推進 PCM 係統，用於快速的代謝工程原型設計。不同植物物種 PCM 係統的生長速率存在很大差異。具體來說，大麻是迄今為止測量到的生長最快的毛狀根之一。▲圖 | Calyxt 基於大麻的 PCM™ 係統（hemp）是生長最快的毛狀根之一，尺寸增加一倍（藍色）需要 1.4 天，增加 20 倍（橙色）需要 14 天（來源：[3]）除了生物量積累之外，PCM 係統還開辟了從未開發和/或huo瀕bin危wei植zhi物wu複fu製zhi生sheng物wu合he成cheng途tu徑jing的de可ke能neng性xing。例li如ru，大da麻ma產chan生sheng一yi套tao豐feng富fu的de前qian體ti化hua學xue物wu質zhi可ke以yi修xiu飾shi以yi產chan生sheng複fu雜za和he物wu種zhong特te異yi性xing的de次ci級ji代dai謝xie物wu。這zhe樣yang便bian逾yu越yue了le地di理li的de限xian製zhi，可ke以yi生sheng產chan非fei本ben地di植zhi物wu的de化hua合he物wu。挖wa掘jue植zhi物wu化hua學xue潛qian力li的de最zui後hou一yi個ge限xian製zhi是shi缺que乏fa合he適shi的de大da規gui模mo生sheng產chan係xi統tong。目mu前qian，大da多duo數shu基ji於yu植zhi物wu的de生sheng物wu質zhi生sheng產chan來lai自zi大da田tian作zuo物wu。獲huo取qu生sheng物wu分fen子zi往wang往wang隻zhi能neng基ji於yu農nong業ye生sheng產chan中zhong有you限xian的de物wu種zhong及ji其qi天tian然ran的de代dai謝xie。而er PCM 設計和工程可以實現定製的生物分子生產，PCM 的生長速度則預示著生物生產規模的擴大。Calyxt 不僅能夠設計 PCM 的 DNA，還能創建一個讓 PCM 係統在生物反應器中生長的係統 BioFactory™。生物反應器是封閉的受控環境，可以垂直化地在任何地方全年種植，單位麵積的生產效率大大提高。▲圖 | 單位麵積根係生物量產量的估算（從田間到 Calyxt 生物工廠 PCM™ 的比較）（來源：[3]）通過將化學知識與深厚的代謝途徑知識和工程 PCM 係統相結合，Calyxt 探究以前無法接觸到的植物化學物質，解鎖其豐富性，努力發展社會與植物的關係。Calyxt 總裁兼首席執行官 Michael A. Carr 表示：“這項協議是我們加速擴大規模的一個重要裏程碑，它將使我們能夠應對在藥妝、營養保健品和藥品的目標市場中，人們對植物性解決方案日益增長的興趣。”1.https://www.cosmeticsandtoiletries.com/cosmetic-ingredients/natural-sustainable/news/22485187/calyxt-20754-calyxt-evologic-technologies-to-scale-up-sustainable-plantbased-ingredients3.https://www.genengnews.com/resources/tutorial/synthetic-biology-platform-unleashes-the-power-of-plants/
評論