技术商业化亮点
Bright Biotech
核心技术价值
利用合成生物、基因工程技术，在完全依赖光、水和二氧化碳的情况下，能够在叶绿体中高效生产表达不含有害微生物毒素或动物病原体的蛋白质，取代以往用于培养肉行业的胎牛血清生长因子，推动培养肉行业的成本降低与生产规模化
产业痛点锚定
1）过往基于动物细胞发酵的蛋白质生产技术需要昂贵的生物反应器和基础设施，在产量非常低的情况下，限制了生产者生产能力和成本效益的扩展
2）利用哺乳动物、昆虫、真菌或细菌的细胞培养生产合成蛋白质存在后期纯化成本高、效率低，重组蛋白稳定性和安全性难以保证的问题
应用场景选择
利用植物叶绿体作为生物反应器表达外源蛋白的优越性日益彰显，在众多行业生产中具有广阔的应用前景。Bright Biotech未来主要瞄准药妆、医疗、农业食品如替代蛋白培养肉和工业应用的目标市场
市场探索进程
目前Bright Biotech正在为各行业机构的研发部门生产和供应重组蛋白因子，已与曼彻斯特大学、英国研究与创新中心、欧洲创新技术研究所等研究机构建立合作关系，未来其将计划逐步嵌入重组蛋白的CDMO市场
国内借鉴意义
利用植物叶绿体表达重组蛋白用于食品、医药等方面需要顾及安全性、规模化能力、稳定性等多方面的问题，底盘品种的选择是利用叶绿体表达价值物质成分需要考量的关键因素
随着生物工程技术的进步，尤其是转基因技术的发展，工程重组蛋白的生产在药物、食物品质、饲料、酶类产品以及多种工业生产活动中发挥越来越重要的功能。而目前大多数工程蛋白的合成来自于哺乳动物、昆虫、真菌或细菌的细胞培养，由于卫生条件要求较高且操作灵活性较差，往往价格比较昂贵。相比之下，植物质体工程如叶绿体工程的应用，则在安全性、低成本规模化、稳定性方面存在诸多优势。
近日，分子农业初创公司Bright Biotech获得了320万美元的种子轮融资，资金将被用于进一步利用植物生长因子替代动物血清进行培养肉生产，实现人工培育肉类替代蛋白的降本增效以及规模化生产。
高效安全稳定的烟草叶绿体重组蛋白表达
图源：Bright Biotech官网
■ 烟草叶绿体的重组蛋白表达过程
1) 叶绿体转化
图源：Bright Biotech官网
在完成基因合成和载体构建步骤的基础之上，转基因DNA转化到叶绿体的过程，是利用携带外源基因载体的侧翼序列与叶绿体DNA同源区段发生同源重组，实现外源基因向叶绿体基因组的定点整合。
叶绿体转化的困难在于质体的高度多倍体，在单个细胞中存在多达 10,000 个质体 DNA 拷贝。为了获得稳定的转基因细胞系，需要保持选择压力直到达到同源状态，以此消除所有没有转基因的质体 DNA 副本。
2) 植株大规模种植
图源：Bright Biotech官网
依据蛋白质的表达量、功能等方面，对成功转化目标基因的抗性烟草植株幼苗进行筛选，在获取稳定遗传的高表达植株后，选择环境条件先对可控的室内对所收获的转基因烟草植株种子进行大规模种植，以保持种植环境的一致性，而后对烟草植物叶片进行收获。
3) 提取、裂解叶绿体并纯化蛋白质
植物叶绿体所表达蛋白的提取需要先对植物叶绿体进行分离。目前分离植物叶绿体的方法主要有以下 3 种：蔗糖密度梯度离心法、PercoⅡ密度梯度离心法、高盐低pH值法。相关研究表明，高盐低pH值法因其具有操作简单、成本低、产率高等优点而得到广泛应用，目前已应用于多种植物当中。
而植物叶绿体蛋白质提取的方法有很多种，例如:TCA丙酮沉淀法、Trizol沉淀法、Tris-HCI法、尿素－硫脲法、酚法等。由于每种植物所含有的化学成分不同，所以应根据需要选择不同的蛋白质提取方法。
4) 蛋白质表征
蛋白质的折叠、更高级的结构及其翻译后修饰的组成，特别是聚糖，都是可能影响分子效力和功能的蛋白质表征的例子，了解蛋白质生物分子的生物物理和生化特性对于确定关键质量属性 （CQA） 以确保一致的安全性和有效性至关重要。目前了解到的蛋白质表征技术主要有：质谱表征、圆二色光谱表征、傅里叶变换红外光谱表征等。
■ 叶绿体重组蛋白表达技术优势
1) 高产低成本
植物叶绿体转化技术的一大重要优势在于其能够实现蛋白质和生物化合物的高产量与低成本生产。据了解，Bright Biotech每公斤叶片材料可以生产2到5克蛋白质，对在10mX10m大小的生物群落空间内，每年可达到1吨的生物量。而在成本方面，Bright Biotech植物表达的生长因子替代市面现有的细胞肉培养基中的生长因子（占养殖肉类边际成本的55%），可将培养基成本从每升376美元降至21.70美元，生产1公斤培养肉的成本降低了17倍。
2) 稳定性
相较于某些真核重组蛋白对细胞内的蛋白水解较敏感，高等植物叶绿体中含有的蛋白酶是原核特性，可为这类重组蛋白的表达提供一个相对稳定的内环境，且叶绿体的转基因缺乏表观遗传或转录后基因沉默机制，因此基于叶绿体的蛋白质表达具有稳定性。
3) 安全性
由于叶绿体DNA的母系遗传，基于植物的蛋白质表达不含有有害的内毒素或病毒和朊病毒污染物，减少了不良转基因传播的风险，符合美国食品药品监督管理局FDA的公认安全GRAS认证（Generally Recognized as Safe），从而有助于简化降低下游加工生产环节的成本，如蛋白质纯化。
叶绿体表达重组蛋白技术在多行业的CDMO模式探索
■ 处于企业创业初期，定位CDMO商业化路径
图源：Bright Biotech官网
Bright Biotech 在创业初期选择定位为一家CDMO企业（合同制造和开发），专门从事基于植物的表达和生产高质量且价格合理的重组蛋白。从企业的发展阶段看来，CDMO的商业模式将有益于其在步入技术商业化的初期利用原料生产等业务获取企业运作的资金来源，实现自我造血，保证起步阶段的生存需求。
■ 迎合全球发展趋势，选择医疗、药妆、食品和工业市场
随着新加坡与美国监管部门对于实验室培养肉相继放开批准，且未来对于培养肉的监管放开势头在全球范围内的日益高涨，就目前而言，Bright Biotech首先关注到了农业食品领域的培养肉市场的机遇，力图通过自身的叶绿体高效安全表达蛋白质的能力，优化培养肉行业的经济成本和商业可行性，从而进一步提升在该行业的地位与认可。
同时，顺应当前及未来全球对于环境、健康和道德利益方面的大趋势，Bright Biotech也正在为医疗、药妆和工业应用等目标市场企业机构的研发部门生产和供应重组生长因子，以解决在这些领域商业应用的生长因子供应瓶颈。
知耕Tech
商业成熟度CML评估模型
随着高等植物叶绿体在表达重组蛋白上的优越性日益彰显，叶绿体表达系统已成为分子生物研究与技术商业化领域的热点，更多行业学者与创业者致力于通过不断设计改造表达载体、探究细胞内调控外源基因表达的影响因子，提高重组蛋白的表达量，简化下游提取、纯化工艺，降低生产成本，建立和优化有效、安全、经济的叶绿体表达系统。Bright Biotech叶绿体表达系统的重要优势在于其不含有害微生物毒素和动物病原体，有助于降低蛋白质纯化等下游工序的成本，而由于仅依赖于光、水和二氧化碳，因此其也具有可持续、低排放的优势。更多布局利用植物叶绿体表达高价值成分的企业还包括BioBetter、Algentech等。随着合成生物学、基因工程的日益发展，相信高等植物叶绿体转化技术将赋予更多行业源头创新的新增量。
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