畜牧业是二氧化碳等温室气体的排放大户之一。根据联合国粮农组织（FAO）的数据，全球畜牧业二氧化碳总排放量为每年 71 亿吨，占到所有人为温室气体排放量的 14.5%。随着全球人口的增加，对畜牧业产品的需求也将持续上升，预计到 2050 年全球肉类消费量将会增长 50%。
随之而来的是，实现温室气体减排成为全球畜牧业面临的艰难挑战。为了降低食物中的碳足迹，越来越多的科学家们开始寻求利用现代生物技术开发更可持续的粮食体系，变废为宝，助力碳中和。比方说，利用碳捕获、基因工程、代谢工程以及精密发酵等技术将二氧化碳转化为淀粉、葡萄糖、脂肪酸等等。
从哈佛大学 Wyss 研究所分拆的一家初创公司 Circe Bioscience 正在通过专有的发酵技术使食品生产脱碳，利用微生物将温室气体转化为高值产品。近日，该公司宣布已经与哈佛大学技术开发办公室（OTD）签署了一份全球独家许可协议，将一种新型生物生产技术商业化，该技术可以显著减少从食品到航空燃料等行业的碳排放。
（来源：Wyss 研究所官网）
Circe Bioscience 是一家成立于 2021 年的合成生物学公司，由 Wyss 研究所的研究员 Shannon Nangle 和 Marika Ziesack 博士共同创办，该公司正在以气体为原料、通过发酵方式制造化合物分子和产品，包括多种食品级脂肪，以及可以替代各行业油类和化学品的分子。成立以来，该公司共获得了超 800 万美元的融资，投资方涵盖 Regen Ventures、Undeterred Capital、Ponderosa Ventures 以及 Elementum Ventures 等等。
“人类面临的巨大挑战之一是如何维持全球增长和生产，同时兼顾使这一切脱碳，我们正在利用发酵技术解决这些问题。”Circe Bioscience 联合创始人兼首席执行官 Shannon Nangle 说。
Wyss 研究所分拆，基于微生物发酵将温室气体转化为脂肪分子
现代社会建立在碳的基础上，人们使用化石燃料运输货物、出行、制造产品、种植粮食和生产能源。这些活动以能源消耗为代价，大部分温室气体进入大气中，加剧了气候变化，且难以捕获和再利用。植物和糖等碳源具有替代化石燃料的潜力，但是还没能扩大规模满足需求。此外，乙醇和生物塑料等产品大部分仍然会被燃烧或丢弃，造成了碳资源的浪费...
“我们计划利用微生物解决这一问题，我们的设想是一种真正的循环经济，微生物将气体转化为产品，从塑料、食物再到衣服，然后将它们分解为气体重新进入循环中。”Shannon Nangle 说，她与同学 Marika Ziesack 共同创办了 Circe Bioscience。
公司以“细胞工厂循环工业概念”，旨在通过应用生物学原理减少碳排放并改善生物经济。其所做的事情就是利用经过优化的工程微生物将温室气体转化为高价值的产品，包含脂肪、油、燃料和其他材料，最终真正实现工业脱碳。
▲图 | Circe Bioscience 的微生物经过代谢工程改造，可以吸收二氧化碳等温室气体，并利用它们为各种行业制造有价值的材料（来源：Wyss 研究所官网）
公司的底层技术和发酵平台由创始人们在 Wyss 研究所从事博士后研究期间创建，并通过该研究所的验证显著降低了风险。由于技术具有很大的应用潜力，2021 年，她们开发的技术被命名为研究所项目，并获得了美国能源部 ARPA-E ECOSynBio 计划的 320 万美元资助加速技术转化应用。同年，两人决定将这项技术从 Wyss 研究所分拆出来成立公司 Circe Bioscience，加快技术的商业化应用。
联创 Shannon Nangle 曾在哈佛大学生物化学和系统生物学教授 Pamela Silver 的实验室从事博士后研究，专注于工程微生物、构建电化学装置和定制发酵系统。另一名联创 Marika Ziesack 同样在 Pamela Silver 实验室从事博士后研究，她在代谢工程和生物工艺开发领域经验丰富。
博士后研究期间，两人对将合成生物学应用于可持续发展产生了浓厚兴趣，并开始研究如何利用微生物解决重大问题。她们决定将重点放在气体发酵上，即微生物将 H₂ 和 CO₂ 等气体转化为其他物质的过程，尝试是否可以让微生物以这些气体为原料生产一些有价值的产品。
▲图 | 左为 Shannon Nangle，右为 Marika Ziesack（来源：Wyss 研究所官网）
经过多年的努力，两人利用合成生物学技术成功改造了微生物的新陈代谢，从而使这些微生物可以将温室气体转化为甘油三酯，即脂肪和油的前体分子。甘油三酯有潜力应用于多个领域，包括食品、塑料和燃料。在 Wyss 研究所期间，该团队利用工程菌技术平台成功生产了食品级脂肪和可生物降解塑料的前体。
在一篇研究团队发表的论文中，她们详细介绍了将温室气体变废为宝的方法。即通过改造 C. necator 在无机营养菌条件下可以利用 CO₂ 生产三种产品，蔗糖、聚羟基脂肪酸酯（PHA）和脂壳寡糖（LCO），证明了该工程菌在化学生产中的多功能性。其中，在共培养体系中，蔗糖在 C. necator 中的异养生长速度是野生 C. necator 的 30 倍。
Wyss 研究所的创始主任 Don Ingber 指出，“几个世纪以来，人类与自然的关系一直是被榨取、破坏和消耗所主导。一种转向使用自然建筑材料而非刺激性化学物质的保护、再生和合作生产模式正在开始发生，但速度太慢了。Circe Bioscience 团队的技术有可能加速向未来的过渡，在未来，我们与自然合作生产目标产物，而不是一味向大自然索取。”
率先瞄准脂肪，即将推出首个产品
根据公司官网的介绍，未来是发酵，公司正在建立一个生物制造平台，可以利用二氧化碳、水和电制造产品。发酵过程可以制造出多种的产品，并从根本上使我们的生产方式脱碳，提高应对气候变化的能力。
“几乎所有的生命都是从二氧化碳和水的转化中产生的。通过发酵，我们可以与大自然合作，将这些简单且丰富的资源作为原料输入模块化平台，然后通过平台输出产品。”
该公司的首个目标是利用工程微生物生产甘油三酯分子，从而生成食品级脂肪，甘油三酯是大多数动物和人类脂肪的组成部分，包括食用脂肪、黄油和其他油类。根据新闻稿中的描述，该团队利用甘油三酯生产出了一种气体发酵的巧克力，其味道和感觉都和平常吃的巧克力一样，可以掺入松露巧克力和其他食品中。预计公司的首个产品即将推出上市。
▲图 | Circe 利用其气体发酵技术生产可可脂，可将其掺入松露巧克力和其他食品中（来源：Wyss 研究所官网）
“这一概念验证表明，Circe Bioscience 能够在世界任何地方生产食品，不受地域限制，并可以减少食品生产过程中的碳足迹。”
据悉，Circe Bioscience 还在探索开发其他类型的脂肪，包括可以为乳制品和非乳制品添加奶油味的乳脂，以及可用于食品、化妆品行业以及可持续燃料的棕榈油。
不过，脂肪合成并非是一个新概念，这是一个充满竞争的赛道。领域内的 Aio、雅礼生物、Zero Acre Farms、c16 Biosciences 以及 Nourish Ingredients 等公司都在利用微生物发酵合成脂肪。
参考资料：
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