烟草无细胞合成系统，打造自下而上的植物复杂蛋白质工厂
原创 知耕
植物合成生物创新图谱笔记系列之重点企业篇，旨在全面梳理并重点解析该领域上市及初创公司的核心技术与平台，产品管线布局及其商业化路径的选择。借此知耕希望能够展现并传递不同公司对于其核心技术、选品问题及商业模式的不同考量方式，为需要解决类似问题的公司提供有价值的参考。本期与大家分享的公司是植物无细胞合成生物领域企业LenioBio：
植物“无细胞”蛋白质合成系统
合成生物学包括 “自上而下”的对现有生命系统的重编程和 “自下而上”的无细胞系统。受限于细胞内合成蛋白质的步骤相对繁琐，且某些蛋白质（如毒性蛋白）在细胞内难以表达等局限性，不受活细胞代谢调控的无细胞系统应运而生。
无细胞蛋白质合成（cell-free protein synthesis，CFPS）系统是一种快速而且能高通量表达目标蛋白质的技术，是以外源DNA或mRNA为模板，在细胞裂解液提供多种酶的作用下通过补充底物和能量物质来实现蛋白质的体外合成。
图源：网络
植物无细胞合成作为高等真核生物体系，与其他CFPS系统（例如大肠杆菌）相比，其突出优势在于易于合成复杂蛋白质（如糖基化修饰/复杂蛋白质折叠/特殊蛋白表达等），可广泛用于蛋白质筛选、结构生物学、生物医药合成等方面。目前研究较多的植物无细胞合成系统主要包括小麦胚芽系统、水稻细胞系统和烟草BY-2系统。
LenioBio是2016年9月成立于德国的植物合成生物初创公司，目前已完成A轮融资。公司锚定在植物无细胞合成这一新兴领域，打造了独特的生物创新平台——ALiCE?烟草无细胞蛋白质合成系统，用于快速筛选、开发和大规模生产众多不同品类的蛋白质，推动植物无细胞合成的技术商业化进程。
LenioBio产品可应用于生物制药、技术酶类、作物发育、代谢途径、基础研究等众多领域，同时还可提供蛋白质定制化生产的外包服务。此外，LenioBio通过与美国陶氏化学公司（Dow AgroSciences LLC）和德国弗劳恩霍夫协会的分子生物学和应用生态研究所（Fraunhofer IME）保持着长期战略联盟关系，共同助推ALiCE?无细胞技术平台的持续优化创新。
ALiCE?烟草无细胞技术平台，突破复杂蛋白质生产难题
■ ALiCE?技术平台
ALiCE?技术平台是利用烟草无细胞来表达和生产人类所需的重组蛋白。该平台首先通过去除细胞壁得到烟草无细胞培养体系，同时在反应体系中不断去除掉细胞内的非必要组分，尤其是容易导致产物降解的酶类分子，尽量保证反应体系的简洁和高效；此外，通过添加公司创新性的生产配方，使ALiCE?平台可以生产各种其他反应体系无法合成的复杂蛋白质。使用ALiCE?平台，只需要外加目的核苷酸序列，就可以简便、快速、高效地获得目的蛋白。
图源：LenioBio官网
■ ALiCE?技术平台的优势
1、 ALiCE?平台可生产极复杂蛋白质
ALiCE?平台维持了完整的细胞器：活跃的线粒体可提供持续的能量供应，而微粒体（内质网改造而成）可以使复杂蛋白质高效折叠并糖基化，使之不仅能够成功表达简单蛋白质（如报告蛋白），亦能生产具有高挑战性的蛋白质（如全尺寸抗体），获得绝大多数真核和原核生物系统都无法产生的极复杂蛋白质。
图源：LenioBio官网
2、ALiCE?平台性价比优势显著
与其他真核生物系统相比，ALiCE?在分批模式下产生的蛋白质最高可达3 mg/mL。这是目前出售的任何真核细胞无细胞系统（包括小麦胚芽、CHO、人等）的30倍。
与其他原核生物系统相比，在批处理模式下，ALiCE?每毫升表达的蛋白质至少是原核试剂盒的3倍，且灵活性更高。当表达复杂蛋白质时，这种优势更为显著，因为原核生物系统中的产量比ALiCE?中的产量下降得更快，而ALiCE?随着目的蛋白复杂性的不断增加，仍能保持较高产量。
图源：LenioBio官网
创新技术+资金支持+商业合作，助力LenioBio飞速发展
ALiCE?核心技术来源于2015年由Fraunhofer IME研究所开发的“BYL项目”，通过与Fraunhofer IME和Corteva建立长期战略联盟，获得其核心专利的开发和商业化权利。同时，在多轮外部融资及政府资金的支持下，已成功商业化ALiCE?真核无细胞表达试剂盒并在全球范围内进行分销，进一步打造基于ALiCE?系统的大规模制造试验线与高通量蛋白生产系统，通过产品销售与产业链扩展的双轨道发展模式，推动公司自创建以来的持续高速发展。
1、2016年，Remberto Martis博士创立LenioBio，与Fraunhofer IME研究所进行合作，获得其BYL技术的开发和扩展权利。
2、2018年， LenioBio获得Corteva农业科学的独家许可，进一步开发和商业化应用于各类行业的ALiCE?技术。同年，推出用于研究和临床前开发的ALiCE?表达试剂盒，其蛋白产量显著优于市场上其他无细胞表达系统。
3、2019年，LenioBio完成A轮融资（400万欧元），同时在在欧洲创新委员会的资金支持下，着手打造第一条ALiCE?系统的大规模制造试验线；此外，LenioBio与Sigma签署分销协议，开始在全球范围内分销ALiCE试剂盒。
4、2020年，LenioBio和Fraunhofer IME共同获得联邦教育与研究部的项目资助，推动ALiCE无细胞表达系统的大规模扩展研究，并于2020年底成功实现1升裂解物的生产。
5、2021年，LenioBio获得欧洲之星的资助，与荷兰瓦赫宁根大学和瑞典EnginZyme AB达成合作，共同开发基于ALiCE?技术的第一个高通量糖蛋白生产和制造系统，并于同年9月完成第一批10升裂解物的规模放大。
产品销售+定制化服务，涵盖众多应用领域的LenioBio商业化之路
ALiCE?平台目前已成功表达500多种不同类型的蛋白质，包括报告基因、抗原、抗体、酶分子、膜蛋白等，通过试剂盒售卖及蛋白定制化服务的方式应用于生物制药、技术酶、作物发育、代谢途径、基础研究等众多领域，并受到Corteva Agriscience、DowDoPont农业生物部门及Fraunhofer IME等机构的长期青睐。这不仅为LenioBio提供相对稳定的资金来源，保障公司进一步的规模化生产线的打造，同时也为良好的产业合作、需求互补奠定基础。
图源：LenioBio官网
■ 商业模式
1、产品销售
2018年LenioBio推出ALiCE?高效真核无细胞蛋白表达试剂盒，并于2019年开始在全球范围内进行大规模分销。该试剂盒具有蛋白质分批生产、高产量、高复杂性，且应用领域广泛的显著市场竞争力。
2、 蛋白定制化服务
基于ALiCE?平台可以攻克多类高难度蛋白质（如病毒样颗粒、膜蛋等）合成的优势，LenioBio也面向顾客提供定制化蛋白质生产合成服务。该CDMO服务提供自样品可行性分析、合成方案优化、到1升反应规模量产的全流程定制化。
■ 商业化路径
1、侧重产业合作，助推ALiCE?平台的开发、迭代与产业化之路
（1）与Dow AgroSciences LLC合作，获得将其专有的真核生物无细胞蛋白表达技术商业化的独家许可权。
（2）与Fraunhofer IME合作，获得使用Fraunhoffer的专有载体溶液和冷冻保存细胞裂解物技术的独家许可权。
（3）与Sigma签署分销协议，开始在全球范围内分销ALiCE试剂盒。
（4）与荷兰瓦赫宁根大学和瑞典EnginZyme AB合作，共同开发基于ALiCE?技术的高通量糖蛋白生产和制造系统。
2、重视知识产权保护，打造ALiCE?平台的核心技术壁垒
LenioBio正不断扩大其专利系列，涵盖自身创新性的ALiCE?无细胞系统，并在筹备推出以ALiCE?品牌命名的系列表达套件。技术研发层面，近年来围绕烟草无细胞体系、植物突变体的理性设计、重组蛋白的转录翻译等开展的系列研究成果也发表在Biotechnology Journal、Frontiers in Plant Science、Biotechnology and Bioengineering等国际期刊上。
无细胞蛋白质合成作为一种新型平台技术，有望克服当前胞内生产系统中因为细胞膜约束带来的表达局限性，但目前来看，无细胞合成的障碍仍然存在，尤其是限制其走向产业化应用的规模难以扩大、成本高昂等工程问题，因此该方法不会很快取代已有技术。知耕也期待见证未来工程学的技术革新进一步推动更加开放和灵活的无细胞合成系统，进而开辟生物催化和人类健康应用的新领域。
作为植物无细胞合成生物领域的代表性企业，LenioBio锚准了复杂蛋白质难以合成的产业痛点，打造出可高效折叠并糖基化复杂蛋白的ALiCE?烟草无细胞平台；通过产品全球售卖及蛋白定制化服务保障企业的资金来源；同时善用资本赋能与产业合作，助推自身ALiCE?创新技术平台的不断迭代优化与规模化发展之路。
国内目前也有相关无细胞蛋白质合成企业（如康码生物、呈秉硕生物等）在加速发展，尝试通过技术突破来实现蛋白质的工业化合成，突破产业的卡脖子问题。 知耕也希望LenioBio的这条商业化之路可以给到国内相关企业借鉴意义，在保证企业自身发展的前提下突破创新，共同助力无细胞蛋白质合成领域的技术商业化！
原标题：《ALiCE烟草无细胞合成系统，LenioBio打造自下而上的植物复杂蛋白质工厂》