以色列初创利用转基因打造植物工厂，可生产乳制品及色素、香精，计划2025年推进市场
生辉Agri Tech
功能性食品
2022.08.26
化学品（如着色剂和香料）向天然化合物的转变过程中，意味着对传统农业系统的依赖程度越来越高。
在食品和饮料行业中使用植物性成分的趋势正在上升。然而，将化学品（如着色剂和香料）向天然化合物的转变过程中，也意味着对传统农业系统的依赖程度越来越高。无论来自动物还是植物，即使这是一种天然途径，生物生产也并非真正可持续——过度依赖土地、水和肥料，产生大量有机废物，并且产量非常有限。因此，以色列初创公司 Pigmentum 正在采取一种更可持续的方法来生产天然化合物。它利用转基因改性和分子农业技术，将室内或室外种植的作物转变为高价值化合物的高效生产工厂，用于食品、制药和化妆品行业天然化合物的大规模生产，成本仅为当前基于发酵的的工业生产的一小部分。Pigmentum 创立于 2018 年，去年年初加入了以色列北部的 Fresh Start 孵化器。目前正在开发一种专有且受专利保护的分子技术平台。该公司预计，其第一个针对制药行业的化合物将于 2023 年中期进入市场，而第一批食品配料将需要更长时间才能实现商业化，有可能在 2025 年之前进入市场。其专有技术建立在转基因植物的诱导机制之上。这意味着，在外部农用化学信号（agrochemical signal）启动之前，这些为生产特定化合物所编辑的基因是“完全沉默的”。“我们的植物工厂生产生物质的同时，以自然的高速率生长。”Lutzky 解释道，“只有当通过灌溉系统或喷洒设备施用特定的农用化学品（agrochemical）时，植物才会对特定化合物的超表达做出反应——这是 Pigmentum 的核心知识产权。”该技术能生产各种化合物，包括细胞毒性物质和许多复杂的化合物。通常，这些化合物生产难度大、成本高昂。另一方面，还可以通过抑制遗传元素来调控生物合成途径，以最少量的副产物得到目标化合物。概括地说，该公司生产天然化合物的流程可分为以下三步：1）在实验室中，从分子水平上对植物进行克隆和基因工程改造，然后进行组织培养，之后将其移至温室进行农化活化（agrichemical activation）；2）收获生物质，从组织中提取化合物；3）根据最终产品应用不同的处理方法。例如，蛋白质将经历纯化过程，而对于色素，这个过程是“完全不同的”。以色素为例，在食品中，一种用作色素的是花青素。根据 pH 值，花青素可以表现出红、紫、蓝、黑。在自然界中，这种色素普遍存在于这些颜色的蔬果中，如蓝莓、黑莓、覆盆子和草莓。另一种正在开发的化合物是香草醛（又名香兰素），它是香荚兰（Vanilla planifolia）提取物的主要成分。鉴于天然香草醛不稳定的供应链，改进生产方式是有必要的。为食品和饮料行业生产天然香草是一个时间和劳动密集型的过程。香荚兰的授粉和收获主要是在热带种植区手工进行，而热带气候区越来越受到气候变化的影响。因此，大多数香草味的香精是由石化原料合成的。而 Pigmentum 的技术可以缓解天然香草供应链的压力，减少石化合成替代品的需求。有趣的是，Pigmentum 还在其转基因生菜品种中生产动物源化合物。它着眼的第一个蛋白质是牛奶中的主要蛋白质：酪蛋白。该蛋白质有四种亚型：αs1-酪蛋白，αs2-酪蛋白，β 酪蛋白和 κ-酪蛋白。Pigmentum 希望将以上四种全部商业化以用于替代乳制品行业。如今，越来越多的公司在实验室生产这些化合物。例如另一家以色列初创公司 Phytolon，它正在利用酵母的精确发酵技术在生物反应器中生产与天然来源相媲美的色素。如果生物等效的乳蛋白已经能够在实验室中生产，那么在转基因植物中生产蛋白质有什么好处？根据 Pigmentum 的说法，与精准发酵相比，基于分子农业的技术主要优势在于资本支出。“种植植物源生物质所需的前期投资要低得多。要扩大规模，你只需要种植更多的植物，或者需要一个温室。而这并不像大型发酵罐和相关发酵设施那样昂贵。”另一个好处是易于扩展。精准发酵初创企业承认，实现规模化是商业化的障碍。在 Pigmentum 的案例中，规模却是优势。值得关注的是，在该公司生产过程中，蛋白质的“折叠”方式也是可取的。蛋白质折叠是一个重要的细胞过程。蛋白质必须正确地折叠成特定的三维形状才能发挥其功能。“我们的技术可以执行蛋白质的精确折叠，这对其功能至关重要。植物在这方面要比精确发酵好得多，酵母或细菌等微生物无法准确地实现蛋白质折叠。”Pigmentum 平台的另一个关键优势是能够通过诱导表达系统产生“非常高的产量”和“高转录率”。在食品工业中，Pigmentum 的产品将被归类为“新型食品”，同时也是转基因产品（GM）。GM 在美国比欧洲等其他地区获得了更大的消费者接受度。因此，该公司最初目标是获得 GRAS 认证和进入美国市场。Lutzky 解释说，对转基因的恐惧在于户外种植转基因作物导致的“流动的遗传污染”。然而，生菜可以在垂直农业系统和温室中种植，避免了在自然界中的“流动”。Lutzky 提到的另一个潜在挑战在于市场接受度，特别是在欧洲，欧洲历来对食品生产中的转基因技术持谨慎态度。但归根结底，“这只是生菜汁”，Lutzky 说，“我们相信市场会适应我们的产品，主要是因为它是一种非常可持续的蛋白质生产方法。”1.https://www.pigmentum.co.il/2.https://www.foodnavigator.com/Article/2022/08/23/Pigmentum-Meet-the-start-up-producing-dairy-proteins-in-lettuce
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