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，創造并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，植物進化出一系列化學物質：有些協調植物體內部代謝過程，有些幫助其與外界進行通信。據估計，植物化學世界擁有數百萬種獨特的代謝物，動物和微生物相形見絀。此外，許多化合物是某些植物所獨有的。然而，尚處于未知的形形色色的化合物可能很難識別；即使被發現，由于途徑知識的稀缺、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。總部位于美國明尼蘇達州羅斯維爾的Calyxt，Inc.（Nasdaq：CLXT），正在通過“基于植物的合成生物學”應對這些挑戰。Calyxt 成立于 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 最早的成就之一是開發了一種基因編輯大豆，與商品大豆油相比，其大豆油的油酸含量更高，而飽和脂肪酸含量更低，無反式脂肪酸，且保質期更長，也更耐烹飪。隨后幾年，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，已與其第一個制造合作伙伴 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）技術平臺。該協議支持 Calyxt 持續地建設其基于植物的合成生物學。Evologic 參與開發基于其專有生物工藝平臺的技術，以生產獨特和可持續的生物產品。具體而言，Evologic 將推進 PCM? 衍生化合物的制造，隨后為商業生產進行概念驗證。Calyxt 的 PCM? 技術進一步增強了 PlantSpring? 平臺。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，并且能夠對代謝擾動進行原型設計。鑒于其轉化效率和生產力，PCM 系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 系統使 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 系統不僅可用于測試遺傳假設，還可用于生產化妝品、營養保健品和制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，只有大約 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 平臺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 平臺開發一個可以預測完成非特征生物合成途徑的生態系統。解決采購稀有植物材料的困難的關鍵是推進 PCM 系統，用于快速的代謝工程原型設計。不同植物物種 PCM 系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 基于大麻的 PCM? 系統（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 系統還開辟了從未開發和/或瀕危植物復制生物合成途徑的可能性。例如，大麻產生一套豐富的前體化學物質可以修飾以產生復雜和物種特異性的次級代謝物。這樣便逾越了地理的限制，可以生產非本地植物的化合物。挖掘植物化學潛力的最后一個限制是缺乏合適的大規模生產系統。目前，大多數基于植物的生物質生產來自大田作物。獲取生物分子往往只能基于農業生產中有限的物種及其天然的代謝。而 PCM 設計和工程可以實現定制的生物分子生產，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 系統在生物反應器中生長的系統 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，單位面積的生產效率大大提高。▲圖 | 單位面積根系生物量產量的估算（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 系統相結合，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系。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里程碑，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/
