12 月 19 日,欧洲创新理事会(EIC)拨款 550 万欧元(约 600 万美元),用于资助 HYDROCOW 项目。
HYDROCOW 为 2022 年度 EIC 探路者挑战计划入选项目之一,该项目旨在利用微生物进行精密发酵,从而生产乳清蛋白。这种生产方法的重点在于其发酵微生物能够将二氧化碳作为碳来源,将其转化为牛奶中的 β-乳球蛋白。
该项目将由芬兰食品科技公司 Solar Foods 领导,此外还有来自于 Ginkgo Bioworks 子公司 FGen AG 以及荷兰格罗宁根大学和德国亚琛工业大学的研究人员共同推进。
利用二氧化碳和氢气制造蛋白质
在此之前,已经有多家打出“环保”标签的无动物源乳制品公司提出,利用微生物摄取糖分从而生产乳清蛋白,例如美国食品科技公司 Perfect Day 和以色列初创公司 Remilk 等。但是 Solar Foods 并不满足于上述发酵工艺。
与其他公司使用糖类喂养微生物的做法不同,Solar Foods 理想中的生产资料来源于空气,包括二氧化碳和氮气。除此之外,还包括电解水产生的氢气。
对此,Solar Foods 提出改造氢氧化细菌(HOB)从而分泌乳蛋白。氢氧化细菌以其能够从二氧化碳气体和氢气中提取能量而闻名。这种能力将允许 Solar Foods 抛弃传统的糖类原料。
但在此之前,还未有人利用氢氧化细菌生产 β-乳球蛋白,因为能够利用氢的微生物通常不具备分泌蛋白质的能力。
事实上,Solar Foods 长期以氢氧化细菌(HOB)作为业务核心,该公司正在通过培养 HOB 的方式生产出一种能够用作食品成分的单细胞蛋白质 Solein。
“尽管目前 Solar Foods 能够收获整个细菌并将其制成 Solein 粉末,但事实上,人们对于 HOB 分泌蛋白质的能力仍然一无所知,因此这是一个高风险、高回报的项目。”显而易见的是,“收获”细菌与利用细菌生产蛋白质完全不同。
▲图丨Solar Foods 利用氢氧化细菌(HOB)生产标志性食品成分“Solein”(来源:Solar Foods)
“因此,该项目的主要思想是在细胞内建立一条分泌途径,使蛋白质能够从细胞中输出来。”Solar Foods 指出,“这是一个未知的领域,基因工程也有可能会损害其生存能力。”
对此,HYDROCOW 项目中的其他三个合作伙伴将致力于解决这些潜在问题。根据计划, HYDROCOW 项目为期四年,四个合作机构分工明确。
其中,格罗宁根大学负责针对于微生物的基因工程改造工作,亚琛工业大学则通过制作代谢模型来分析并优化其蛋白质分泌路径。在此之后,能够生产 β-乳球蛋白的工程微生物将在 FGen AG 进行超高通量测试。最终,筛选出性能最佳的菌株将交由 Solar Foods 进行下游加工和生产验证。
▲图丨HYDROCOW 项目流程示意图(来源:HYDROCOW)
合作过程中,由多方参与所产生的知识产权其所有权将归于涉及到的所有机构,而单独开发的技术部分将归于其开发者。例如,对于 FGen AG 单独开发的高通量检测技术,该公司将持有该检测法的专利所有权。不过对于该项目最终产生的 HOB 菌株,其将有可能被独家授权给 Solar Foods。
菌株研究决定成本
除了技术问题之外,成本问题也是 HYDROCOW 项目组必须考虑的另一个重要问题。
对于精准发酵而言,评价单位经济性的关键指标包括发酵效价、生产率和产量等。对此,FGen AG 联合创始人兼 Ginkgo Bioworks 高级铸造主管 Andreas Meyer 表示,“在我看来,如果我们能够实现每升产量在克级单位及以上,同时不会显著降低菌株的生长速度,那么我认为 HOB 就可以用于精密发酵。”
(来源:HYDROCOW)
他补充表示,虽然酵母和真菌可以针对于某些成分实现更高的生产滴度,但细菌更便宜、生长也更快,因此就需要权衡。“这仅取决于需要表达的蛋白质类型。”Meyer 说道。总而言之,这就将成本问题重新引导向前期的菌株设计与开发工作中。
当然除此之外,成本问题还将取决于很多因素,比如二氧化碳的来源问题。人们应该如何捕获二氧化碳,又将如何将其输入生物反应器?这些问题也严重涉及到成本问题。
总体而言,Meyer 对于 HYDROCOW 项目持乐观态度。他表示将尽可能多地进行“设计、构建、测试、学习”全套合成生物学研发周期,从而筛选出最佳菌株。“我们的目标是,四年后首先在 Solar Foods 进行中试规模生产测试,然后最终达到批量生产规模。”
“如果成功,这个微生物平台可用于将二氧化碳转化为可用的成分,如乳铁蛋白、酪蛋白、酶或其他具有不同功能的蛋白质。这些成分将为食品和饮料行业服务,并减少其碳足迹。”Solar Foods 高级副总裁兼项目协调员 Arttu Luukanen 表示。
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