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植物细胞培养的深入研究：随着植物供应链出现裂痕，“这是一个值得关注的巨大空间”

既然植物细胞培养已经存在了几十年都默默无闻，它是什么？为什么最近出现了一大批将之应用在食品和营养保健品领域的初创公司？

Ayana Bio 的植物细胞簇来自在固体培养基上生长的整株植物，正在为之后在液体培养基中的选择和培养做准备。图片来源：Ayana Bio

首先，植物细胞培养的定义：植物细胞培养公司不是使用阳光、水和土壤来培育完全长大的植物，而是在生物反应器中培养植物细胞，生物反应器中的培养条件经过优化能够快速生产出高价值的化合物和次级代谢产物（想想芦荟、香草、可可多酚、藏红花、紫锥菊）。

主要的生产原料是糖，尽管在某些情况下可能需要使用昂贵的植物激素来诱导植物细胞分裂和分化成特定的细胞类型。


植物细胞培养的最佳选择

但为什么首先要在生物反应器中种植植物呢？

首先，当你只对存在于花或叶子中的微量提取物感兴趣时，为什么要使用大量的农业用地、水和能源来培育完全生长的整株植物？

其次，植物细胞培养可以确保植物提取物的持续供应，目前的植物原料供应链越来越受到气候变化和天气、政治不稳定、掺假、疾病以及土壤中的重金属和杀虫剂的影响。

第三，无论季节或地点如何，也无需使用杀虫剂，植物细胞培养能够在无菌环境中快速、稳定可控地生产植物化合物。

最后，植物细胞培养还可以有更高的化合物产量。例如，通过了解植物中产生某些多酚的代谢途径以及驱动植物产生更多多酚的精确调控手段，植物细胞培养领域的熟练玩家可以获得远远超过野生或传统农业种植植物产生的化合物浓度。


微生物发酵有其局限性

虽然上述许多论点也适用于精确发酵——改造微生物来生产大量通常由植物或动物产生的化学成分——但酵母或细菌生产仍然有其局限性。

例如，微生物可以生产香草醛，香草醛是香草豆中的主要风味成分，也可以使用石化产品合成香草醛。但这些方法都不能产生香草，它能够提供了一种多方面的风味体验，包括花香、辛辣、奶油、巧克力，甚至是由豆子产生的烟草味。

“对于我们想要制造的一些成分，将这些途径放入酵母或细菌中是不可能的，”植物细胞培养初创公司 Chi Botanic 总裁兼首席执行官 Jon Meuser 博士说。“这不仅是关于基因，微生物没有复杂的细胞器，没有生产这些成分的内部机制。但植物细胞可以。”

Nate Crosser：“我已经关注它一段时间了，我对这个领域感到非常兴奋”

在商业规模上，植物细胞培养技术已经被用于生产一些药物，比如Phyton Biotech通过植物细胞培养生产了抗癌药物紫杉醇和多西紫杉醇，它们天然在红豆杉的树皮中存在；而以色列公司Protalix在胡萝卜细胞培养中生产了药物Elelyso，它含有一种能够治疗戈谢病的酶。

风险投资公司Blue Horizon（该公司投资了植物细胞培养初创公司California Cultured）负责人Nate Crosser认为，虽然它并不便宜，但它在生产供应链越发波动的高价植物药方面具有巨大潜力。

“我已经关注它一段时间了，我对这个领域感到非常兴奋。我认为它可能会在五年内超过人工肉。大多数产品的产量并不需要很高，但却有很高的价值，这有一个巨大的成长空间。”

为了解更多信息，AgFunder News ( AFN ) 采访了该领域处于种子轮融资阶段的一些初创公司。

1 – GREEN BIOACTIVES (苏格兰)

从左到右：Green Bioactives 首席执行官 David McElroy 博士；创始人兼 CSO Gary Loake 博士；投资者 Andrew Durkie（Eos Advisory LLP 的合伙人）。图片来源：Green Bioactives

英国初创公司Green Bioactives的首席执行官 David McElroy表示，从Croda到Givaudan等大公司已经在化妆品中使用植物细胞培养，但他指出，针对食品和营养等行业的“一大群植物细胞培养初创公司”近年来“异军突起”。

“部分原因是越来越多的公司制定了可持续发展目标，”他声称。但另一个关键驱动因素是“植物组学、基因组学和转录组学的快速发展”，这正在帮助 Green Bioactives 等初创公司选择最佳品种和细胞系。

McElroy 说，关键是使用植物细胞培养可以以更可持续、更高效、更稳定的方式生产市场上已有的高价值成分。

“要克服的是目标化合物的生物活性未知，或者化学合成需要多个步骤，很多手性中心，或者需要表达很多可能未知的辅助酶。”

他补充道：“人们对植物中的许多分子感兴趣，它们都是在应对某种压力源时自然产生的，因此我们通过环境模拟了这种压力，而植物已经拥有制造这些分子的所有遗传基础。”

McElroy 说，Green Bioactives（成立于 2019 年）尚未公开分享其正在研究的生物活性物质，但正在以市场为导向。“有人来找我们说，我们使用的是来自这种奇异植物的原料，每公斤售价 10000 美元。在你们这买能少花点钱吗？“我们会对客户说，'我们有一种我们认为您会感兴趣的成分。'”

“植物组织培养是一门科学，但也是一种艺术和技巧”

那么投资者如何看待植物细胞培养？

由Eos Advisory LLP领投，McElroy 在去年 12 月获得了 260 万英镑（320 万美元）的种子轮融资，他说：“我们谈过的大多数投资人都很热情。即便是一些没有投资的人也说，当你做到它的大规模生产时，再回来找我们。

“植物组织培养是一门科学，但也是一门艺术和专业知识，第三方能够做到规模化并不意味着你也可以做到。”

他补充说，从好的方面来说，这项技术“已经被规模化了，只是不是我们，所以我们并不是在发明一个全新的过程。”


2 – CHI BOTANIC（美国）

图片来源：Chi Botanic

Chi Botanic 正在将组织培养中的芦荟植物转化为植物细胞悬浮液。“我们想澄清的一件事是，我们不会每次把它长成植物，”首席执行官 Jon Meuser 博士说。“一旦我们拥有了具有我们目标特征的活跃生长的细胞悬浮液，我们就可以持续不断地培养。为了确保它不会改变，我们将它冷冻保存在液氮中，因此每次放大时都没有必要再回到土壤中种植的植物来制作新的细胞悬浮液。” 

根据坐落在加利福尼亚州成立于 2017 年夏天的Chi Botanic的说法，通过植物细胞培养制造某些生物活性物质比传统农业更有效。

“这些次级代谢物对植物有非常特殊的作用，比如，很多时候可以抵抗害虫，”总裁兼首席执行官 Jon Meuser 博士说，“正因为如此，它们只存在于特定组织中，或只在一年中的某个时间或生命周期的某个环节产生的。”

“所以当你想到在植物的整个生命周期中，也许它只需要在特定时间制造某些化合物。如果我们能够连续重复那个特定的时间点或那个特定的细胞生理学，那么我们的生产效率将提高数千倍。”


不含毒性芦荟素的芦荟：“我们正在解决行业面临的一个大问题”

他补充说：“在 Chi Botanic，我们正在使用与酵母和细菌类似的自动化和高通量筛选，并将其应用于植物细胞，以找到能够产生目标化合物的细胞（大多数情况下这种方法最高效）。”

“我们的芦荟细胞也同样含有很多存在于叶子中的有益化合物（某些活性酶、类黄酮和维生素），这些化合物在今天货架上的芦荟中找不到，因为必须对芦荟叶进行加工以去除毒素（芦荟素），而我们的芦荟中没有毒素，因此也不需要再次加工，所以我们正在解决该行业面临的一个主要问题。”


20个袋式系统的资本支出将低于 100000 美元”

至于扩大规模，他说，“我们可以直接与Phyton Biotech 等公司合作。但与此同时，我们还在开发容量高达1000 升的廉价可回收塑料袋，这些塑料袋可用于模块化生产系统。

“20 个基于袋子的生产系统的资本支出将不到 100000 美元，我们可以通过这笔微小的投资每月生产一吨细胞生物量。而且即使一个袋子被污染了，你也不会丢失整批。”


开发管线

那么 Chi Botanic 如何决定要生产的目标生物活性物质呢？根据 Meuser 的说法：“我们从一个包含 400 多种我们感兴趣的不同产品的数据库开始。它有很多列，我们在其中列出了市场规模、可能需要的植物组织类型、与生产该产品相关的社会和环境问题类型等。”

“在确定了最有希望的目标之后，我们出去与目标化合物的主要相关公司进行交谈。就芦荟而言，我们的植物细胞不产生毒素是一个关键卖点。”“当我们开始与市场中的人交谈时，世界顶级芦荟公司之一的首席财务官打电话给我说，如果你这样做，这对我们来说将是一个大问题。所以这是一个非常强烈的信号，表明芦荟是一种值得追求的好东西！”


柑橘供应链挑战

他补充道：“对于柑橘等其他产品，市场上的主要参与者与我们讨论了从柑橘黄龙病到气候变化等问题。例如，一家领先的饮料公司告诉我们，它担心未来 10 年、20 年、30 年将如何采购柑橘原料。”

他观察到，虽然橙油现在是一种商品，但来自其他柑橘品种中的油却不是，这使得植物细胞培养的经济学更具吸引力。
“柚子是一种柑橘，其精油的价值与鱼子酱的价值相当，因为工厂效率非常低，生产力非常低，生产一公斤柚子精油需要一整英亩的土地。”


香草 2.0？

Meuser 说，Chi Botanic 的另一个关键机会领域是香草，由于香草植物稀缺，该市场仍然由石化衍生物（即“人造”香草香料）合成的香草醛主导。

Meuser 说，虽然有些公司通过微生物发酵或从阿魏酸进行生物转化来生产生物香兰素（可以作为“天然香料”销售），但香兰素与全光谱香草精不同。

通过使用植物细胞培养，Chi Botanic 可以用一种生物香草复制这种复杂性，这种生物香草含有烟熏、奶油和硫磺味，而你无法从单独的香兰素中获得。

“与其他基于合成生物学的方法不同，该系统将提供有氧发酵型方法的产量和生物转化效率，但最终产品将与天然香草提取物一样复杂，”刚刚获得来自美国农业部提供的小型企业创新研究 (SBIR)的175000美元资助的 Meuser 说。


商业模式

那么 Chi Botanic 的商业模式是什么？

根据 Meuser 的说法：“我们有兴趣为希望拥有排他性并在竞争中占据一席之地的公司提供‘为拥有而建造’的机会（无需持有股权）。但是，我们的模型并不完全是为拥有而构建的。我们自己生产芦荟，目前正在为我们的芦荟和柑橘化妆品成分寻找买家。”

迄今为止，迄今为止，Meuser公司已经筹集了大约220万美元的资金，并通过资助和共同开发产品从非稀释性资金中筹集了大约相等的金额。

“我们现在希望完成一轮 600 万美元左右的种子轮融资，”他说。"一些世界上最大的化妆品公司对我们的芦荟成分感兴趣，这在（保证）资金支持方面起到了很大作用。我们的芦荟已经准备好了；我们现在就可以接受采购订单。"


银铅弹 vs 银子弹

那么投资者如何看待这个机会？

事实上，Chi Botanic 正在采取“银铅弹，而不是银子弹万金油类似的方法，会关闭一些与风险投资公司的对话，”他观察到。“但我们认为最终盈利的可能性要大得多，因为我们生产的产品如芦荟，售价为 1000 美元/公斤（按干重计算）。

“是的，芦荟‘仅’是一个 26 亿美元的市场，但你难道不想拥有几个 26 亿美元市场的很大一部分，而不是没有希望从每公斤只有几美元的东西中赚钱吗？”


3 – NOVELLA（以色列）

从左到右：Novella 联合创始人 Itay Dana、Kobi Avidan 和 Shimrit Bar-El 博士。图片来源：Novella

成立于 2022 年 2 月的以色列植物细胞培养初创公司Novella表示，确保高价值植物药的持续供应变得越来越困难，因为不可预测的天气、政治不稳定、掺假、杀虫剂、重金属和疾病会威胁供应并推高药品供应的价格。

采购植物药原料的公司也面临越来越大的减少环境污染的压力，联合创始人兼食品行业资深人士 Itay Dana 说：“如果我想要 100 公斤番茄红素，我需要 800 吨西红柿。想想我们在这里谈论的土地和水有多少。”

“你可以使用一个 500 升的生物反应器（通过植物细胞培养）生产相同数量甚至更多的番茄红素。你只需要获得能够产生最高浓度番茄红素的正确植物细胞，然后操纵光线、温度和其他条件来优化它的生长条件。”


新成分与既定成分

他说，虽然植物细胞培养有可能将新的植物药推向目前商业上从植物中提取它们不可行的市场，但 Novella 专注于做已经有成熟市场的成分。

“我们从超过 22 家不同的工厂开始，通过与业界交谈，我们决定缩减到今天正在开发的四到五家工厂（Itay 尚未透露）。

“在未来，我们可以考虑新颖性，但首先，我们需要证明我们可以提供给客户可以与市场上已有产品直接进行比较的特点。”

Novella 预计将在 2025 年底或 2026 年初上市，“不是因为R&D（科学研究与试验发展），而是因为监管（时间表），”Itay 强调说。“在欧洲，我们将必须通过 Novel Foods 流程，而在美国，我们将通过 GRAS 流程。”

虽然 Novella 利用其对植物遗传学和代谢途径的理解来选择最佳品种和细胞系来生产生物活性物质，但 Novella “不制造转基因生物，也不进行任何基因编辑，”Itay 说。“这对市场接受度很重要。”


市场机会

他说，对 Novella 最有吸引力的机会是香料、植物药、保健品和功能性食品调味料。

“对于我们正在与之交谈的调味品公司，他们告诉我们每个季节（植物来源的）产品（他们需要制作的口味）都是不同的，”Dana 说。“我们正在研究的一种口味来自一种一直在变化的植物，很多公司用了大量资金来试图控制这种不稳定性，因为他们需要一种一致的产品。”

至于药品，他说，“你不能为植物申请专利，但你可以为我们的技术申请专利，因此它首次让制药行业能够为来自植物的产品申请专利。”

与此同时，对于营养保健品公司来说，人们对多酚、抗氧化剂和维生素的植物细胞培养很感兴趣，“尤其是在公司出于成本原因仍在使用合成材料的领域，”他说。

“最后，我们正在研究口味和功能性食品成分。但不是蛋白质，我认为这项技术不会降到 5 美元/公斤。”


4 – AYANA BIO（美国）

琼脂平板上的 Ayana Bio 可可愈伤组织。图片来源：Ayana Bio

总部设在波士顿的Ayana生物公司刚刚推出了它的第一批通过植物细胞培养制成的成分（柠檬香脂和紫锥菊）。他们还在研究藏红花、可可和蓝莓。

首席执行官 Frank Jaksch 表示，Ayana 并未对其细胞进行基因工程改造，而是使用基因组测序来了解细胞背后的遗传学，并使用代谢组学来读取细胞内正在生物合成的化合物。

通过将遗传图谱与代谢物图谱联系起来，它可以选择能够更快地提供更高滴度（目标物质产量）的细胞系。

根据 Jaksch 的说法，“我们获得的一些早期数据表明，我们将能够与传统农业竞争多种植物成分，尤其是那些遇到（供应链）问题的植物成分。”

Jaksch 说，至于营运资金，Ayana Bio 在 2021 年的 3000 万美元融资恰逢其时，刚好赶在2022 年春季开始的食品科技初创公司资金减少之前。

“我们是幸运的公司之一，因为我们在 2021 年完成了相当规模的 A 轮融资。因此，我们处于非常有利的地位，所以我们不需要很快筹集资金。”

Celleste Bio 联合创始人兼首席技术官 Hanne Volpin（左）和 California Cultured 联合创始人兼首席执行官 Alan Perlstein（右）。图片来源：Celleste Bio 和 California Cultured


其他值得关注的选手：

5 – California Cultured（美国）： 联合创始人兼首席执行官 Alan Perlstein 表示， California Cultured正在研究可可和咖啡，他最近与 VTT 合作，VTT 是一家在植物细胞培养和微生物技术方面具有专业知识的芬兰研究机构。

6 – Celleste Bio（以色列）：以色列初创公司Celleste Bio最近从 Mondelēz International 等公司获得种子资金，也专注于研究可可。“为什么要在你使用的生物量不到你所种植的全部生物量的 1% 的地方种植东西？” 联合创始人兼首席技术官 Hanne Volpin 在最近的采访中告诉 FoodNavigator-USA 。

7 – Ergo Bioscience（阿根廷）：Ergo Bioscience联合创始人兼首席执行官 Alejandro Barbarin 表示，Ergo Bioscience 使用植物细胞作为动物蛋白（如酪蛋白、肌红蛋白和免疫球蛋白）的宿主。“植物细胞可以产生比微生物更复杂的蛋白质，而胡萝卜（细胞）在生物反应器中的悬浮液中生长得非常快。对于乳清或胶原蛋白等简单蛋白质，酵母或细菌将是最有效的宿主，但对于牛肌红蛋白等物质，我们的产量（比酵母等微生物宿主）高得多。”

原文作者：Elaine Watson

原文以“Plant cell culture deep dive: As cracks emerge in botanical supply chains, ‘It’s a huge space to watch’”标题发表在2023年5月5日AFN的农业食品科技版块。

链接：https://agfundernews.com/gm-tomatoes-are-back-but-now-they-come-with-health-benefits

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