文：芗灵
来源：生辉Agri Tech（ID：SciPhi_AgriTech）
很多与日常生活息息相关化学物质最初都来自植物，例如皂苷、水杨酸、紫杉醇。植物是强大的。从多细胞生命的早期开始，植物就合成了几乎所有基础营养素，创造并维持了地球上所有生命都嵌入其中的化学生态。为了在多样化且经常具有挑战性的环境生态位中生存，植物进化出一系列化学物质：有些协调植物体内部代谢过程，有些帮助其与外界进行通信。据估计，植物化学世界拥有数百万种独特的代谢物，动物和微生物相形见绌。此外，许多化合物是某些植物所独有的。然而，尚处于未知的形形色色的化合物可能很难识别；即使被发现，由于途径知识的稀缺、天然来源的有限、缺乏合适的植物生产或无法通过化学途径合成，它们仍可能未得到充分利用。总部位于美国明尼苏达州罗斯维尔的Calyxt，Inc.（Nasdaq：CLXT），正在通过“基于植物的合成生物学”应对这些挑战。Calyxt 成立于 2010 年，通过基因编辑对植物的代谢活动进行工程设计，开始了其合成生物学之旅。Calyxt 最早的成就之一是开发了一种基因编辑大豆，与商品大豆油相比，其大豆油的油酸含量更高，而饱和脂肪酸含量更低，无反式脂肪酸，且保质期更长，也更耐烹饪。随后几年，Calyxt 为植物代谢设计建立了一个强大引擎：PlantSpring™。近日，该公司宣布，已与其第一个制造合作伙伴 Evologic 签署了一项协议，以进一步开发和扩展该植物细胞基质（Plant Cell Matrix，PCM）技术平台。该协议支持 Calyxt 持续地建设其基于植物的合成生物学。Evologic 参与开发基于其专有生物工艺平台的技术，以生产独特和可持续的生物产品。具体而言，Evologic 将推进 PCM™ 衍生化合物的制造，随后为商业生产进行概念验证。Calyxt 的 PCM™ 技术进一步增强了 PlantSpring™ 平台。PCM™ 利用多种细胞类型，维持可转化且快速生长的植物器官培养。培养物包含植物毛状根，并且能够对代谢扰动进行原型设计。鉴于其转化效率和生产力，PCM 系统可以通过各种方式调节基因表达，包括转基因方法、基因沉默、基因激活和基因组编辑。因此，PCM 系统使 Calyxt 能够在几个月内设计、编辑和发现植物代谢途径——这项工作在以前通常需要多年田间测试。Calyxt 发现，PCM 系统不仅可用于测试遗传假设，还可用于生产化妆品、营养保健品和制药等行业所需的植物代谢物。植物从共同祖先进化而来的 DNA 具有内在的相关性。这种相关性也意味着由 DNA 产生的化学物质也具有共同的前体。因此，如果能了解一种植物中存在的代谢途径以及这些途径的潜在 DNA，就可以利用这些知识在不同的植物中产生这些化学物质。在大约 40 万种已知的植物中，只有大约 800 种的基因组进行了测序，这个数字正在扩大；与此同时，Calyxt 正在进行战略基因组测序，以阐明高价值化合物的代谢途径。PlantSpring 平台将公共和专有基因组资源工具与人工智能/机器学习（AI / ML）相结合，以构建预测模型，阐明整个植物王国的通路知识。为解决访问植物代谢物多样性的局限性，Calyxt 正在通过 PlantSpring 平台开发一个可以预测完成非特征生物合成途径的生态系统。解决采购稀有植物材料的困难的关键是推进 PCM 系统，用于快速的代谢工程原型设计。不同植物物种 PCM 系统的生长速率存在很大差异。具体来说，大麻是迄今为止测量到的生长最快的毛状根之一。▲图 | Calyxt 基于大麻的 PCM™ 系统（hemp）是生长最快的毛状根之一，尺寸增加一倍（蓝色）需要 1.4 天，增加 20 倍（橙色）需要 14 天（来源：[3]）除了生物量积累之外，PCM 系统还开辟了从未开发和/或濒危植物复制生物合成途径的可能性。例如，大麻产生一套丰富的前体化学物质可以修饰以产生复杂和物种特异性的次级代谢物。这样便逾越了地理的限制，可以生产非本地植物的化合物。挖掘植物化学潜力的最后一个限制是缺乏合适的大规模生产系统。目前，大多数基于植物的生物质生产来自大田作物。获取生物分子往往只能基于农业生产中有限的物种及其天然的代谢。而 PCM 设计和工程可以实现定制的生物分子生产，PCM 的生长速度则预示着生物生产规模的扩大。Calyxt 不仅能够设计 PCM 的 DNA，还能创建一个让 PCM 系统在生物反应器中生长的系统 BioFactory™。生物反应器是封闭的受控环境，可以垂直化地在任何地方全年种植，单位面积的生产效率大大提高。▲图 | 单位面积根系生物量产量的估算（从田间到 Calyxt 生物工厂 PCM™ 的比较）（来源：[3]）通过将化学知识与深厚的代谢途径知识和工程 PCM 系统相结合，Calyxt 探究以前无法接触到的植物化学物质，解锁其丰富性，努力发展社会与植物的关系。Calyxt 总裁兼首席执行官 Michael A. Carr 表示：“这项协议是我们加速扩大规模的一个重要里程碑，它将使我们能够应对在药妆、营养保健品和药品的目标市场中，人们对植物性解决方案日益增长的兴趣。”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/
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