合成生物学技术为食品行业的发展提供了新的思路和活力，越来越多地应用于改善食品营养风味、高效处理食品废物、生产可降解包装材料等。继掀起全球风潮的人造肉之后，更多突破性技术相继出现，其中人造脂肪的诞生吸引大批资本聚焦。
今年 11 月，由华人学者创立的一家人造脂肪公司 —— 雅礼生物宣布结束隐身模式，正式进入公众视线。该公司在今年 9 月被美国头部测序公司 Illumina（纳斯达克股票代码：ILMN）选定入驻，成为加入 Illumina Accelerator 第三轮全球融资周期的七家新基因组学公司之一。雅礼也是被 Illumina 选中的第一家做合成生物学相关的食品创新科技的公司。
借此机会，生辉 Synbio 邀请到了雅礼生物（Yali Bio）的联合创始人兼首席科学顾问徐鹏博士，来与我们分享他围绕人造脂肪的研究，分析合成生物学面向食品生产的应用前景和挑战。
徐鹏是伦斯勒理工学院化学与生物工程博士、麻省理工学院博士后，2016-2020 年在美国马里兰大学担任助理教授（独立 PI），目前是广东以色列理工学院化学工程系副教授。他曾获得 2018 年 "盖茨美琳达基金会奖"，2020 年 "生物工程与生物技术王义翘教授奖" 和 2021 年 "生化工程杰出青年学者奖" 等国际奖项，研究领域包括代谢工程、合成生物学、智能控制、生物分子绿色制造和生化工程等。“很多学者认为中国是代谢工程、合成生物学发展的新兴土壤，在这里将迎来产业的制高点，技术的原创地以后慢慢会转向中国。” 徐鹏在采访中表示。近两年，全球陆续成立了多家人造脂肪公司，不同公司的合成路径亦不同。位于美国伯克利的食品科技初创公司 Mission Barns，使用猪肉、牛肉、家禽类细胞开始，创造出真正纯动物脂肪，是为数不多的专注于开发动物脂肪的食品科技初创公司；位于英国伦敦的 Hoxton Farms 则运用细胞生物学和数字建模，在不杀害动物的前提下在生物反应器中进行培养，以产生与动物脂肪相同的脂肪结构。美国很多植物肉公司，为了模仿动物蛋白肉的色香味，用椰子油替代肉的脂肪，但是椰子油与肉之间的融合性能非常差，稍微加热，就会导致油和肉分离，肉质变干，而动物油脂则能和肉之间更好地相互作用。“实际上我们吃的很多高品质的肉，正是因为油脂才能保持其品质、口感、质地，而且以人造脂肪来替代动物脂肪或植物油，碳转化效率远高于动物细胞培养的人造肉，使其在生产上更具可持续性，这也是我们想做人造脂肪的原因。” 徐鹏说道。今年 3 月，在徐鹏和公司联合创始人兼 CEO 陆玉麟的推动下，雅礼生物落地美国硅谷。陆玉麟是普渡大学博士，过去 10 多年在美国从事研发、工程和产业化工作，其中 2015-2020 年在美国植物肉公司 Impossible Foods 作为高级工程总监研发植物源人造肉和蛋，多年从事植物源人造肉研发工作的经历。也正在陆玉麟的帮助下，雅礼生物率先发现 “以人造脂肪改善植物肉风味” 的商机。“我们采用了合成生物学领域最为典型的应用 —— 细胞工厂，引入定制的生产线来加工制造脂肪，其选择的底盘微生物是解脂耶氏酵母。微生物细胞工厂具有高效的碳转化效率，替代性的蛋白和油脂技术将会大大降低动物养殖环节 CO2 的释放，雅礼将会助力碳中和碳减排，符合国家的长远战略” 徐鹏告诉生辉。解脂耶氏酵母属于典型的产油酵母，细胞内脂肪酸（Fatty Acid）、脂酰辅酶 A（Fatty Acyl-CoA）以及乙酰辅酶 A（Acetyl-CoA）的积累量较高，可以在细胞内积累脂质至其细胞干重的 40％。解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）在奶酪、其他乳制品和肉类中自然存在，是一种公认安全的微生物，已经被广泛应用于食品等多种领域。与细胞工厂常用的微生物底物，如常规酵母（酿酒酵母）、大肠杆菌等相比，解脂耶氏酵母在生产脂肪方面具有独特的优势。图丨改造解脂耶氏酵母生产燃料和油脂化学品（来源：Proc Natl Acad Sci U S A. 2016 Sep 27; 113 (39): 10848–10853.）解脂耶氏酵母自身具有将多种廉价生物质原料快速转化为各种高附加值化学品如柠檬酸、琥珀酸的代谢能力，生产基于脂质的油性化学品的能力也较强；其次，解脂耶氏酵母对生长条件的要求更低，在各种疏水性底物上、各种碳源、pH 和盐度条件下均可生长，不会受到葡萄糖效应的影响，因此不会进行有氧酒精发酵。除了底物的选择上，雅礼生物对自己的生产技术和设备，也十分有信心。“我们有优质的合成生物学工具，这也是我们实验室的专长，比如可以进行多基因的表达、多个基因在染色体上的定点整合和定点敲除技术，以及 CRISPR 基因组编辑技术，这些工具将使得我们精确地控制酵母细胞的代谢反应，我们所做的改造，将保留好的油脂，减弱乃至消除坏的油脂。”“我们做的实际上是一个平台型的技术，合成生物学的理念相当于构建一个遗传应用程序 APP，我们的工作语言是基于 ATGC 的遗传代码。输入一段遗传代码后，经过酵母的基因组（近似于计算机的 CPU）解码编译后，细胞就能输出定制的代谢功能，具体而言，我们的细胞能够输出各类油脂产品，这些油脂可能是动物油脂、鹅肝、鱼油甚至是日用化工产品。”（来源：Synthetic Biology Journal, 2021, 2 (4): 509-527.）“其中重点工作，是把碳源的利用率提高到极限”，徐鹏补充道，“我们围绕代谢物在细胞内的物质传递，以及脂肪酸合成过程中所需还原力辅酶的利用效率，均有人工定制的路径，部分专利已经在美国申报并获得批准。”作为最早一批进军人造脂肪市场的公司，雅礼生物预种子轮融资金额已达数百万美金。“种子轮融资即将结束。” 徐鹏透露。“但是真正生产上市，预计在 2023 年到 2024 年。”除了以上两种油脂，巧克力的价值链也是雅礼生物非常看重的，目前巧克力是国内非常流行的节日礼物，价格较高。更重要的是，目前国内没有生产可可脂的原料，每年需要从国外进口大量的巧克力。据新闻显示，过去 5 年间，俄罗斯向中国出口的巧克力增长了 8 倍，俄罗斯的巧克力出口在全球仅排第 11 名。“与合成生物学的缘分，可以追溯到小时候。老家南阳有着如今全国数一数二的生物能源公司天冠集团，这也影响我在大学时选择了生物化工专业。” 徐鹏回忆道。江南水乡无锡七年的本硕学习生涯，为徐鹏未来的职业发展打下了坚实的基础；硕士毕业后，徐鹏工作两年后决定去美国读研究生。在美国期间，经历了合成生物学爆发期的他更是感触颇深：年轻人有无限的可能性，不要过早的定义自己的价值，少年时期就要怀揣梦想仗剑闯天涯。回国后，徐鹏选择留在广东以色列理工学院任教，这里有着开放多元的文化、创新自由的精神，这也是学术创新的根本要素。“选择一条少有人走的道路，将会看到不一样的风景”，他补充道。图 | 广东以色列理工学院（来源：gtiit.edu.cn）拥有国际生活与学习经历的徐鹏对于行业的思考也更为深刻：“中东一带科技相对不发达，对资源的利用度低，因为当地比较信奉宗教，很多生物资源并没有很好开发。如果我们结合一带一路的政策，把资源调动起来，是一个非常好的方向。”同时，他也和我们聊了聊国内合成生物学在食品领域的应用前景，在徐鹏看来，尽管国内的人造肉仍处于起步阶段，但不乏为一个良好的发展方向。“细胞肉成本较高，估计要 10 年左右才能看出它的经济价值，成为老百姓负担得起的产品。相对来说，植物肉能够更快进入市场，但是需要进一步改善肉的品质和口感。”“实际上，在发酵工业领域，很多人做过单细胞蛋白和单细胞油脂技术，如果能将其结合起来，会成为介于植物肉和细胞培养肉之间的一个路线，又有油脂的丰富的口感，又有动物蛋白或者微生物蛋白，也可能会更加可行。”对于人造奶市场，徐鹏也有自己的见解，“虽然目前中国奶制品市场主要由光明、伊利和蒙牛三巨头控制，但我觉得未来人造奶在中国的市场会火起来。”徐鹏介绍称，一方面，国内奶加工工艺非常复杂，为了保货架期长，要加入特殊的增稠剂、稳定剂，成本很高，国内牛奶的成本比美国高出两三倍。另一方面，国内市场上缺少功能性的奶乳制品。中国人有普遍的乳糖不耐受症，乳糖不耐可能是对牛奶中的乳球蛋白过敏。通过合成生物学技术，可以用指定的乳球蛋白和脂肪合成产品。https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5047176/