RNA生物农药的商业化应用的一个突出问题在于其合成成本较高。虽然通过化学合成的方法已经能够生产出 dsRNA,但是这种生产方式效率非常低并且价格昂贵,只适合作为药物分子应用或者研究用途。由于核酸农药预计用量可达 2~10 g/hm2,如何工业化地生产 dsRNA是RNA生物农药商业化进程中面临的一个重要问题。
为了打破dsRNA成本问题对RNA生物农药商业化的阻碍,出现了一批主要优势集中于dsRNA生产的新兴农化企业,通过这些公司的不断开发,dsRNA的生产成本从2008年的12000美元/g降到了2021年的1美元/g。其中具有代表性企业Renaissance BioScience建立了以酿酒酵母发酵生产dsRNA的平台,通过在酵母中表达针对不同的物种靶标基因的dsRNA用于害虫防控。
基于酿酒酵母的dsRNA生产平台瞄准最具经济破坏性害虫之一——科罗拉多马铃薯甲虫
生物工程技术是Renaissance BioScience酿酒酵母dsRNA生产和递送平台技术的基础,其专注于通过充分利用合成生物学工具来满足包括食品与饮料市场、农业技术市场和健康与营养市场等多个消费市场的更清洁、更持续、更智能需求:
■基于整个生物体。包括使用选择性育种和适应性进化技术来优化需要多基因修饰的生产和递送。
■一体化设计。将整个生物体和基因靶向工程相结合,以提供高度优化的微生物,这些微生物具有通过任何其他方式无法实现的独特功能。
■ 基因靶向。使用基因编辑和分子生物学工具快速进行原型设计和概念验证菌株设计,以进行精确的基因修饰。
围绕生物工程技术,Renaissance Bioscience基于酿酒酵母的 RNAi 生产和递送平台技术,最初被用于生物农药和生物治疗剂。该平台技术的关键特征和工业优势在于:它可以让每个酵母细胞都包含多个不同的基因靶向,从而大大降低和消除科罗拉多马铃薯甲虫(马铃薯作物面临的最具经济破坏性的害虫之一)对该新型生物农药产生抗性的可能性。
除此之外,以酵母为载体的 RNA 生产和口服递送技术在农作物保护领域的应用还具有众多优势:首先,酵母的先天生物学特性使其非常适合于生产 dsRNA,坚固的细胞壁保护内部脆弱的 dsRNA 效应分子,使得 dsRNA 在环境中保持更长时间的稳定,保证植物保护效果并可降低施用率;其次是高环境安全性,该技术使用 RNAi 精准靶向特定害虫中的特定基因,从而有效避免对其他生物、土壤、水或空气的广谱损害和破坏。
2021年10月,Renaissance Bioscience基于 RNA 的,精准靶向特定的马铃薯甲虫基因的生物农药技术,在一项独立测试中表明此技术对马铃薯甲虫的幼虫具有 98.3 %的 杀虫效率,大大降低了马铃薯甲虫对作物造成的损害。此次测试结果证实了Renaissance Bioscience的技术在农作物保护方面的巨大应用潜力。
Renaissance BioScience基于酵母精准 RNAi 技术的商业化加速历程
综合的核心团队背景组成支撑Renaissance bioscience公司高效解决其技术商业化过程中所遇到的技术、管理、运营等方面的问题与挑战。其核心团队不仅有酵母菌株开发、核酸递送、核酸药物研发等技术背景人才,同时还兼备金融、会计、工商管理等商业领域人才,核心团队具备多元化的背景与技能。
在产品管线规划上,Renaissance Bioscience的 RNA 生产和口服递送平台技术不仅可以用来开发针对多种不同害虫的生物农药,而且在人类和动物健康(包括水产养殖)中具有重要的应用前景,但目前,马铃薯甲虫仍然是Renaissance BioScience基于酵母的精准 RNAi 技术的主要目标害虫。
自2019年Renaissance Bioscience与加拿大增长和创新的非盈利组织Mitacs合作进一步开发和测试基于酵母的用于生物控制和生物治疗应用的RNAi 生产和交付平台以来,其RNA生物农药技术历经了多项里程碑式商业进展,商业化进程加速向前推进:
2019 年 5 月,Renaissance BioScience继2018 年 5 月 9 日向美国专利商标局提交临时专利申请之后,就其用于生产和传递 RNA 生物活性分子的酵母平台技术提交了PCT 专利申请;
2020 年 5 月,Renaissance BioScience获得了国家政府和加拿大工业研究援助计划研究委员会 (NRC IRAP) 提供的高达 493,625 美元的多年期无偿捐款,支持Renaissance BioScience正在进行的技术研发工作,以推进其基于酵母的,用于生物农药和生物治疗的 RNAi 生产和交付平台技术;
2021年10月Renaissance BioScience宣布基于 RNA 的生物农药技术,在一项独立测试中表明此技术对马铃薯甲虫的幼虫具有 98.3 %的 杀虫效率,证实了其独有的技术在农作物保护方面的巨大应用潜力;
2021 年 12 月,Renaissance BioScience宣布获得拿大工业研究援助计划研究委员会 (NRC IRAP) 提供的高达200,000 美元的额外资金,用于研发项目“开发酵母-RNA干扰复合物作为生物防治剂和生物治疗剂”。
2022年3月,Renaissance BioScience宣布获得一项额外的研究项目资助,并与 Mitacs 和不列颠哥伦比亚大学建立合作伙伴关系,共同参与“使用基于酵母的生物制造和递送系统开发 RNAi 增强剂,并将其用作针对加拿大经济上重要的农作物害虫的生物农药”项目,该项目的目的是进一步推进 Renaissance 的基于酵母的 RNA 干扰 (RNAi) 技术发现和开发 RNAi 增强剂,以提高 RNAi 效应器对目标作物害虫物种的效力和杀伤力。
鉴于成熟的全球型酵母公司已经可以大规模、低成本地生产酵母,Renaissance Bioscience现在的科研重点是通过更多的实验室测试和实地/田间试验来最大程度地提高杀虫效率,并为下一阶段的产品开发寻找优质的商业合作伙伴。
dsRNA的合成成本是RNA生物农药能否在田间施用的至关重要因素,其合成方式主要包括化学合成、体外合成和微生物发酵合成3种方式。其中,Renaissance Bioscience基于酿酒酵母的dsRNA合成技术,利用微生物发酵表达合成dsRNA是目前可能规模化应用的方式之一,更多的微生物底盘还包括大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等。在国内则有植生优谷、硅羿科技、小默生物也在dsRNA规模化生产当中不断取得实质性进展。