农作物自行吸氮，可减少一半肥料投入？Ginkgo联手拜耳欲「改造」种子抛弃氮肥

Joyn Bio 即将迎来第四个生日。

2017 年 9 月，合成生物明星公司 Ginkgo Bioworks 和拜耳旗下投资部门 Leaps by Bayer 共同成立了合资企业 Joyn Bio，其目的是将先进的合成生物学技术引入农业，以支持农业的可持续发展，而替代或减少氮肥使用则是其该公司的首个工作目标。

合成氮肥是过去一个世纪农业大幅提高作物产量的一个主要原因。但实现农业增产的同时，也增大了环境压力 —— 包括水污染、化石燃料使用和农业产生温室气体的问题等等。

基于对这些问题的考虑，Joyn Bio 建立了微生物工程平台，想要通过工程化微生物研究，减少或消除对于合成肥料的需求。

在 2018 年两家母公司各投资 1 亿美元完成了该公司的 A 轮融资之后，Joyn Bio 没有进行更多的交易活动。

日前，该公司透露了产品进展，称正在打造 “种子处理” 产品，不过距离产品面世尚有一定距离。

微生物固氮法

氮是令植物实现健康生长、高产的重要元素。虽然它在空气中的占比高达 78%，但是植物并不能实现直接利用。

部分植物，例如大豆、花生等豆类植物能够利用土壤中的微生物，将空气中的氮转化为可以通过根部吸收的硝酸盐或氨形式，这一过程称为生物固氮。

然而更多的作物，例如玉米、小麦和大米等谷物作物与固氮微生物并没有类似的共生关系。因此，合成氮肥被开发出来，以大幅提高农业生产力。

在传统工业中，合成氮肥的主要途径是哈伯法，即在高温和高压等条件下使用氮气合成氨，进而转化为氮肥。不过，这种 “人工固氮” 法条件严苛，需要额外消耗有限的天然气资源。

受到了生物固氮法的启发，Joyn Bio 决定从 “作物定植微生物” 入手，利用合成生物学来改造微生物以实现一些自然特性的表达，例如固氮、害虫控制和抗病性。

据介绍，Joyn Bio 的首个产品将是一种工程微生物，该产品在未来有望以种子处理的形式被提供，它能够帮助谷类作物将空气中的氮气转化为可用形式。

“到目前为止，种子处理仍然是最简单和首选的方法。因为它不需要种植者做出任何改变。所以我们需要一种在种子上能够稳定生存两年的微生物。” 首席执行官 Michael Miille 介绍，“我们还需要一到两年的时间搞定最终配方并准备注册，但目前来说，进行实地试验以及查看原型产品的早期结果已经令人兴奋不已。”

今年为止，Joyn Bio 旗下已有三个早期概念产品开始进入现场试验，除了固氮项目之外，另外两个项目则针对疾病和抗虫害。Miille 表示，公司目前的研究计划将是继续设计、构建、测试模型并走向商业化，然后再进入下一个循环。 

基于微生物工程平台

作为一家前沿的生物技术公司，Joyn Bio 的工作基于微生物工程平台。从高度表征的微生物库开始，利用自然发生的特性对其进行工程设计，以开发可为植物带来特定益处的解决方案，例如作物保护或增加营养等等。

基于生物平台的优越能力，每个新项目的研究过程都将受益于之前的数据，因此其工作将不断提高速度、准确性并增加成功的可能性。

（来源：Joyn Bio）

两大母公司的资源优势将加速 Joyn Bio 的发展，除了 2018 年两家母公司对其分别投入 1 亿美元完成 A 轮融资之外。长期以来，Joyn Bio 团队使用 Ginkgo 的高通量平台表征拜耳旗下包含十万余种专有微生物菌株的微生物库，从而开发可持续农业固氮细菌所需的微生物菌株和特征表达。

2019 年，Joyn Bio 公司利用其新建设施，开始在田间条件下测试其培育的微生物。

（来源：Joyn Bio）

2019 年 7 月，Joyn Bio 找到了 NewLeaf Symbiotics 并达成一项价值 7500 万美元的合作，以获得 NewLeaf 广泛、专有、高度表征的植物定植微生物菌株库的访问权，进而改造这些微生物。这一合作加速了 Joyn Bio 的研发进程。

不过，距离其产品进入商业市场仍需要一段时间。Miille 介绍，根据当前的试验数据，Joyn Bio 的固氮产品能够让种植者减少 30-40% 的肥料投入，并且有助于解决环境问题。

“使用微生物兑现这些承诺还为时过早，但我们已经制定了一个目标，希望能够制造出氮产量达到作物需求 40-50% 的固氮产品。我们认为，氮产量达到作物需求 50% 的氮替代品将在未来成为农民的‘必备’产品。” 

在未来，Joyn Bio 将继续专注于提供能够帮助农民赚钱、解决病虫害问题、优化产量和改善可持续性 / 气候表现的产品。

“在过去的两到三年里，社会对于可持续发展的重视日益增加，这为我们的工作增添了动力。解决农业问题，是解决气候问题和可持续性问题的最关键杠杆之一，这个行业需要创新和新解决方案。我们正在尝试将微生物引入到新型解决方案之中。” 

对于微生物研究的未来， Miille 表示十分看好：“微生物有潜力提供更高水平的性能，并可以替代化学品和其他合成产品，” 他说，“我们今天正在做的事情在十年前是无法想象的，而在不久的将来我们还会有更多可能。” 

参考资料：

• https://joynbio.com/technology
  https://www.agweb.com/news/business/technology/joyn-bio-eyes-nitrogen-fixation-product-be-must-have-farmers
  https://app.cbinsights.com/profiles/c/dVNgz/investors

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