《Nature Biotechnology》土豆田 “变身” 生物工厂，生产鸡蛋蛋白

为解决食品蛋白生产成本高及部分地区粮食问题，PoLoPo 团队开展在土豆中生产鸡蛋蛋白及增强 patatin 蛋白的研究。他们培育出含目标蛋白的土豆，且扩大生产较容易。该研究为食品制造和粮食供应提供新思路，值得一读。

　　

在合成生物学和食品科学领域的一项开创性研究中，以色列Ness Ziona的研究人员成功地将土豆植物改造为能够生产蛋清中主要蛋白——卵清蛋白的“生物反应器”。这一创新成果最近发表在《Nature Biotechnology》上，展示了利用转基因作物作为低成本蛋白质生产平台的巨大潜力。

该研究由Ness Ziona的 PoLoPo公司领导，为解决全球营养需求以及减少对传统昂贵生物反应器系统的依赖提供了新的思路。

文中提到的三种最关键的技术手段、实验策略或实验方法：

1. 基因工程与DNA序列插入技术

通过将完整的卵清蛋白DNA序列插入土豆叶片，研究人员成功地使土豆植物能够产生与鸡蛋中营养和化学成分完全相同的卵清蛋白。

2. 蛋白质运输与代谢调控技术

通过观察到土豆植物的韧皮部能够将经过基因改造的卵清蛋白从叶片运输到块茎，研究人员鉴定出土豆内部的营养运输机制可以被有效利用来储存和积累目标蛋白质。土豆的生理机制能够支持外源蛋白质的运输和储存。为了进一步探索如何增强土豆的蛋白质生产能力，研究人员对土豆基因组进行了代谢调控，调整植物的新陈代谢过程，使其更倾向于在块茎中进行蛋白质的合成和积累。

3. 转基因作物的田间试验与规模化生产技术

通过在田间种植经过基因改造的土豆，并观察其生长和蛋白质生产情况，研究人员发现这种转基因土豆在外观和生长特性上与普通土豆无异，且能够稳定地生产目标蛋白质。

实验结果

PoLoPo 团队的核心成员Maya Sapir-Mir和Raya Liberman-Aloni是这一“分子农业”项目的先锋。他们的工作将一种全球广泛种植的作物——土豆，转变为可持续且成本低廉的蛋清蛋白生产平台。研究团队通过将完整的卵清蛋白 DNA 序列插入土豆植物的叶片中，使其能够生产出与鸡蛋中营养和化学成分完全相同的功能性蛋白。植物的韧皮部（负责将营养物质从叶片运输到块茎的组织）在这一过程中发挥了关键作用，它将经过基因改造的卵清蛋白从叶片运输到块茎中。

经过基因改造的 PoLoPo土豆在外观上与普通土豆完全相同，但具有显著的优势：它可以在块茎中制造并储存蛋白质，就像一个微型生物反应器一样。这种植物生长迅速，种植成本低廉，而且由于它们与第一代植物基因相同，可以用于种植下一代作物。与传统的蛋白质生产系统相比，这种技术的规模化生产更加容易实现。

正如 PoLoPo 的首席技术官Liberman-Aloni所说：“这就是我们方法的美妙之处。要扩大生产规模，我们只需要更多的土豆田。”这种简单性和可扩展性为食品行业带来了巨大的变革潜力。

PoLoPo的最初目标是开发一种“超级土豆”，以帮助低收入和中等收入国家的人们解决粮食安全问题。然而，其他转基因作物（如黄金大米）所面临的监管障碍促使该公司转向为食品制造商生产蛋白质。从 PoLoPo土豆中提取的蛋白质被认为是“非转基因”的，而提取技术已经在淀粉工业中得到应用，这确保了其能够无缝整合到现有的生产流程中。

除了生产卵清蛋白，PoLoPo 还开发了富含天然存在于块茎中的蛋白质——patatin（土豆蛋白）的土豆。通过基因改造土豆基因组，研究团队调整了植物的新陈代谢，使其更倾向于在块茎中生产并积累蛋白质。这种双重用途的方法不仅提高了土豆的营养价值，还为各种食品应用提供了一种可持续的蛋白质来源。

目前，PoLoPo 团队正在寻求美国农业部对其富含 patatin 的土豆的批准。该公司还获得了德国风险投资公司 FoodLabs 的资金支持，这进一步推动了其将这一创新产品推向市场的努力。这一发展正值美国市场上其他转基因土豆已经上市销售之时。例如，总部位于爱达荷州博伊西的 J.R. Simplot 公司目前正在销售经过基因改造的 Russet Burbank、Ranger Russet 和 Atlantic 土豆，这些土豆被设计为能够抵抗瘀伤和马铃薯晚疫病。这些转基因作物的成功商业化为农业领域转基因生物的接受和潜力提供了有力证明。

这项研究的重要性不仅限于合成生物学和食品科学领域。通过改造土豆以生产有价值的蛋白质，PoLoPo 为解决全球营养挑战开辟了一条可持续且成本低廉的道路。这一创新有可能彻底改变食品行业，为传统的蛋白质生产方法提供一种可扩展且环境友好的替代方案。随着全球人口增长以及应对气候变化的挑战，PoLoPo 的研究成果为可持续和营养丰富的未来提供了希望。

PoLoPo 团队的研究成果是分子农业领域的一项重大突破。通过将土豆改造成能够生产蛋清蛋白的生物反应器，研究人员展示了转基因作物在解决全球营养需求方面的潜力。他们的工作不仅为蛋白质生产提供了一种可扩展且成本低廉的解决方案，还强调了创新在应对全球最紧迫挑战中的重要性。随着监管批准和市场接受度的逐步提高，PoLoPo 土豆有望成为全球食品供应中的重要组成部分，为传统蛋白质来源提供一种可持续且营养丰富的替代品。