合成生物学作为一种新工具

冯英格

农业部门将从未来几年商业化的合成生物学工具中受益匪浅。 毕竟,合成生物学有潜力创造出更有营养,更容易储存的食品,动物/农作物,使其更能抵抗疾病,并降低农作物投入的成本。 它还可以帮助我们跟上快速变化的生长条件,确保粮食安全并减少粮食浪费。 尽管该领域的工具尚无法兑现承诺,但我们的目标已经越来越接近了! 接下来的几年将是合成生物学领域的一个激动人心的时刻,因此请密切关注工程,计算机科学和生物学的交汇处的初创企业!

那么什么是合成生物学?该领域的公司将走向何方? 合成生物学是将工程学的设计原理应用于生物组件组装的领域。 这个想法是将DNA序列组装成新颖的生物。 在通过向现有生物的基因组中添加几个基因来创建当前的转基因生物的地方,合成生物学使得组装大型基因簇和作为生物机制共同作用的基因部分成为可能。 这意味着可以使用合成生物学来设计更广泛的功能。 从理论上讲,有一天该领域将使设计生物的创造能够应用于从人类治疗到工业过程甚至农业的所有领域!

但是,迄今为止,科学未能兑现这一领域的希望。 尽管测序技术,计算分析,DNA合成和基因组编辑技术的进步使科学家能够策略性地选择,编辑,重写和组装DNA,但是仍然存在着很大的瓶颈。 基因在序列,结构上可能有很大差异,并且在不同的生物系统中可以有很大不同。 简单定义DNA序列的生物学功能可能需要耗费大量劳动的反复试验过程,而这在其他现代工程学科中是不常见的。 此外,当用于不同的生物系统中时,即使用于编辑DNA序列的工具也可能需要大量重新设计。 核酸酶系统(如TALENs和锌指蛋白)需要进行实质性改变才能在不同生物中发挥作用。 综上所述,这意味着尽管合成生物学的潜力很大,但该领域仍处于起步阶段,需要大量的资源和时间来创建甚至最简单的生物。

幸运的是,合成生物学中使用的工具正在发生广泛的变化。 该领域的数字化导致机器人技术和计算改进,从而降低了成本并提高了表征生物学功能的效率。 Zymergen是利用这些发展的公司的一个例子。 这家位于加利福尼亚州的合成生物学初创公司使用机器学习算法来指导微生物工程设计,从而更高效地执行工业流程,并依靠实验室中的高度自动化来降低薪资成本。[1] 此外,新的生物学工具也使编辑DNA序列变得更加容易,快捷和简单。 像Caribou Biosciences和Editas Medicine这样的公司正在将CRISPR / CAS9技术商业化,从而减少了其他基因组编辑工具所需的复杂蛋白质工程的需求。[2] 这意味着科学家现在可以编辑DNA序列,而无需先花费大量时间和精力来重新开发工具,然后再部署到新的生物系统中。 综上所述,这些新工具将合成材料领域定位为在未来几年中取得一些重大进展。

在工业加工,材料科学和农业市场上尤其如此,这些领域以前并不是合成生物学工作的重点。 早期的合成生物学公司主要致力于人体健康的应用,但是如今,这一重点已经发生了巨大变化。 在2015年资助的24家合成生物学公司中,只有3家专注于人类治疗领域。 其余公司平均分为工业化学/材料科学应用和平台工具(软件,自动化,DNA合成等)。[3] 您可以打赌,这些领域的融资总额超过5亿美元,您至少可以相信,其中一些公司将在未来几年中取得一些有趣的技术进步。

令人失望的是,尽管合成生物学在提高粮食安全,提高农业效率和帮助应对气候变化带来的挑战方面具有巨大潜力,但在2015年资助的24家合成生物学公司中,只有2家将农业作为其最终市场。[4] 这可能是由于农业中转基因生物的监管壁垒很高。 但是,有积极迹象表明,围绕合成生物学和基因组编辑工具的监管环境正在发生变化。 实际上,美国农业部最近宣布,将不对基因组编辑过的蘑菇作为转基因产品进行监管。[5]

尽管监管环境不确定,但一些公司仍在为食品和农业市场开发合成生物学解决方案。 使用合成生物学来创造不需要畜牧业的更具可持续性的食物来源存在着极大的兴趣。 Muufri(一家希望生产无奶牛奶的公司)[6]和New Wave Foods [7](一家使用藻类生产虾的公司)是利用合成生物学开发食品创新的公司的例子。 尽管这些公司的目标是相当高端的高端食品市场,但它们将成为放松管制源自合成生物学的食品和农产品管制的有趣测试案例。 因此,请密切注意这些示例,因为如果批准了他们的产品,则可能为合成生物学在农业中的更多,更便捷和实际应用打开大门。 简而言之,很难确定何时会发生这种情况,但是合成生物学的创新无疑即将出现在您附近的杂货店。

[1] http://techcrunch.com/2015/06/16/with-44-million-in-funding-biotech-startup-zymergen-is-buying-up-robots-to-mass-produce-materials-from-microbes/

[2] http://fortune.com/2016/01/20/crispr-biotech-patent/

[3] http://synbiobeta.com/these-synthetic-biology-companies-have-raised-half-a-billion-dollars-in-2015/

[4] http://synbiobeta.com/these-synthetic-biology-companies-have-raised-half-a-billion-dollars-in-2015/

[5] http://www.npr.org/sections/thesalt/2016/04/15/474358416/will-genetically-edited-food-be-regulated-the-case-of-the-mushroom

[6] http://www.muufri.com/

[7] http://www.newwavefoods.com/#start

该帖子最初出现在 Verdex Capital网站上

关于作者:

Ingrid Fung是Verdex Capital农业技术部门的高级分析师。 她负责与加拿大农业技术机会相关的交易采购和尽职调查。 Ingrid位于安大略省多伦多市,是加拿大东部Verdex Capital的联络点。 此外,Ingrid积极监控农业技术领域的趋势和驱动因素,以使Verdex团队能够发现具有潜在破坏性技术的投资机会。