「高端成分」成婴儿配方奶粉竞争力衡量指标，合成生物学助力母乳重要营养成分扩大生产，国内外多家公司已推至产业化水平

由于新冠疫情引起的供应链延迟等情况，截至 7 月 24 日，美国婴幼儿配方奶粉的缺货率达到 30%，且已持续数月。奶粉供应商雅培公司因安全问题召回数款配方奶粉、位于密歇根州的涉事工厂停产，更使短缺问题加剧。

婴儿配方奶粉因这一事件再次成为最近的头条新闻。实际上，其市场发展一直都受到极高的关注。根据 Absolute Reports 的报告，2021 年，全球婴儿食品和婴儿配方奶粉市场规模为 652.9 亿美元，预计到 2027 年将达到 911.9 亿美元。

无母乳喂养的情况下，婴儿配方奶粉通常是婴儿成长发育关键时期的唯一营养来源。其是指以人造乳或其他动物乳，或其他动植物提取物为基本成分，并适当添加营养成分，使总成分能够供给儿童人工生长发育的食品。

母乳是极其复杂的食物基质，它的成分每天甚至每小时都在变化，并且取决于母亲吃什么、处于哺乳周期的哪个阶段以及是否正在抵抗感染。母乳含有许多不同的抗体、生长因子和蛋白质，这些在婴儿配方奶粉中通常是不存在的。

近年来，随着合成生物学的发展，学术界和产业界均开始尝试使用合成生物法来制造和扩大母乳中一些最重要的营养成分，使其尽可能接近母乳。

早在 2008 年，Nicolas Fierfort 使用 E. coli 作为宿主微生物，通过基因编辑技术构建相关代谢通路。以乳糖为底物生成 3′-SL，产量达到了 25 g/L。目前，已经成功开发了以更低成本底物，例如利用甘油和乳糖有效合成 3′-SL 和 6′-SL 的方法。

在产业界，一些公司（如 Helaina、Conagen 等）也已利用合成生物法将这些营养成分推进至接近产业化。

Helaina：搭建配方奶粉和母乳之间的桥梁

如今，合成生物学被应用于扩大生产一些供应有限的宝贵成分。例如，美国初创公司 C16 Biosciences 使用合成生物学来生产棕榈油；Amyris 通过工程酵母菌株实现青蒿素的规模化生产。

Helaina 的创始人 Laura Katz 认为，通过合成生物学方法扩大人类母乳中营养成分的生产是切实可行的。

早在 12 岁时，Katz 便有了要“养活人们”的想法，并以此为目标。此后，她为 NUGGS 和 Dylan's Candy Bar 等公司开发食品，成为纽约大学食品科学与技术的兼职教授，并于 2019 年创办了 Helaina——以她的曾祖母的名字命名。

Helaina 的成立是为了弥补婴儿配方奶粉和母乳之间的差距，找到配方奶没有的、最有价值的母乳成分并重新创造它们。截至目前，这家尚未盈利的公司筹集了 2500 万美元的风险投资。

Katz 断言，Helaina 能够为市场带来一种新的产品，因为该公司利用发酵技术重新创造了母乳糖蛋白。

这些母乳糖蛋白以前从未被制造、商业化和添加到食品中。其中一个原因是，不同的生物体对蛋白质的糖基化方式不同。因此，如果 Helaina 使用酵母来生产新的食品成分，蛋白质会以酵母的固有模式被糖基化。为了避免这个问题，Helaina 设计、改造酵母来模仿人类的糖基化方式。

据了解，Helaina 对酵母进行编程，将其打造为人乳糖蛋白制造平台，以糖和营养物质为原料制造母乳中的蛋白质。然后，将蛋白质收集到干粉成分中，回收酵母，留下的蛋白质与母乳中的蛋白质完全相同。每一种糖蛋白都将算作一种食品成分，需要有自己的监管程序。目前，Helaina 拥有一种糖蛋白。

基于以上贡献，Katz 入选了福布斯 2022 年 “30 Under 30 List”。

目前，除了扩大生产规模，Helaina 团队正在努力引入更多的蛋白质。该团队还开发了一种婴儿配方基质，该公司的第一种蛋白质（以及随后的蛋白质）可能会被添加到其中。

接下来，Helaina 将生产产品进行临床测试，不过，由于上面提到的奶粉短缺问题，美国发布了一项新规定，要求所有在美国运营的配方奶粉生产设施都需要生产可以销售的产品。这样一来，临床测试将被推迟，团队希望能于明年开始。

关于产品什么时间能够上市，Helaina 还无法给出承诺。关于父母是否会采用一种新的、由合成生物法生产的婴儿配方奶粉也还是未知数。

但当 Katz 与这些父母交谈时，他们对有机会给宝宝喂食更接近母乳的婴儿配方奶粉表示很期待。

Conagen：正在研究婴儿配方奶粉的三种关键成分

与 Helaina 一样，一家总部位于波士顿的生物技术公司 Conagen 也在以合成生物学为中心研发新的婴儿配方奶粉。

Conagen 成立于 2010 年，凭借着其微生物菌株开发、工业发酵和酶转化技术，生产营养保健品、天然甜味剂、香精香料、食品配料、维生素等产品。

▲图丨Conagen 的融资情况（来源：CB Insights）

据公司官网介绍，迄今为止，Conagen 拥有超过 14 种不同的用于微生物菌株开发的平台生物，其中一半是特有的，均在人工智能的帮助下选择和开发而来。每一种平台生物都有自己的专有工具集、自动化系统和发酵技术。这样每当生产一个新分子时，可以为其选择最适合的平台生物，迅速扩大菌株生产。

目前该公司正在研究婴儿配方奶粉的三种关键成分：乳铁蛋白、2'-岩藻糖基乳糖 (2'-FL) 和苯丙氨酸-丁酰胺 (FBA)。

人乳铁蛋白可以调节婴儿肠道对铁的吸收，并具有益生菌作用；母乳寡糖 (HMO) 是仅存在于母乳中的重要营养化合物。母乳中含量最多的 HMO 是 2'-岩藻糖基乳糖 (2'-FL)，它在促进健康的肠道微生物群、增强肠道屏障功能和抑制病原体方面发挥作用；FBA 可释放短链脂肪酸丁酸盐，用于建立肠道健康和免疫力。

据了解，Conagen 公司通过一个精确的发酵平台使用一种专有的微生物生产人类乳铁蛋白，而 HMOs 可能将在生物转化过程中使用酶来生产。对于 FBA，则使用化学法合成。

2020 年时，Conagen 曾凭借非转基因人乳低聚糖和人乳铁蛋白荣获美国知名合成生物学媒体 Synbiobeta 的 “年度产品” 奖。

目前 Conagen 的这三种成分都还没有上市。公司正在扩大生产规模，并且仍需寻求美国、欧洲和全球其他市场的监管批准。

不过，公司方面表示，2'-FL 预计将在 6 至 12 个月内上市。乳铁蛋白是一种更复杂的分子，仍需要进行临床试验，可能会在两年左右推出。“这些新成分有可能成为婴儿配方奶粉行业的“重大变革者”，无论哪家婴儿配方奶粉公司首先选择与我们合作，都会有相当大的市场优势。”

根据国外媒体的消息，Conagen 将通过合成生物学方法继续降低这些新成分的生产成本，进一步加强其竞争优势。公司还计划继续研究和开发母乳中的其他营养素。

将视线从国外转回国内。一兮生物利用合成生物学方法，以大肠杆菌（E.coli）等菌株为底盘微生物，实现了 HMO 中主要物质 2-FL，LNnT3-FLDFL 的高效生物合成。该公司也是国内首家通过生物发酵实现天然母乳寡糖（HMO）人工量产的公司。

芝诺科技已经完成了二代菌株的研发，目前其母乳低聚糖产品管线拥有约 10 吨的产能，预估今年年底能够完成 200 吨产能产线的搭建。

嘉必优也采用合成生物学方法开发工程菌种，计划商业化生产 3’-唾液酸乳糖和 2’-岩藻基乳糖两个 HMO 单体。当前，2’-岩藻基乳糖已完成中试试验，接下来面临的便是产业化生产。

虽然目前利用合成生物法生产的母乳低聚糖、乳铁蛋白等婴幼儿奶粉成分原料作为添加剂尚未得到国内相关部门的批准，但政策形式正在逐渐转好。

而除了合成生物法，国内的部分公司还采用“生物酶法”和“生物催化”技术合成人乳寡糖（HMOs）。

资料显示，恒鲁生物利用具有自主知识产权的新型工艺，以蔗糖、葡萄糖和乳糖为底物，酶法成功合成最重要的两种人乳寡糖——“乳糖-N-二糖”和“乳糖-N-四糖”，纯化后的寡糖及其衍生物纯度在 90% 以上。这标志着在酶法生物合成“人乳寡糖”领域我国已经处于世界最领先地位。

此外，糖智药业的人乳寡糖产品基本上已经可以进行规模化生产了，待审批通过后即将上市。

参考资料：

1.https://insights.figlobal.com/new-product-development/improving-infant-formula-synthetic-biology

2.https://world.huanqiu.com/article/4942x6Ayx92

3.https://finance.yahoo.com/news/baby-food-infant-formula-market-123300479.html

4.https://www.thestar.com/business/2022/07/30/helaina-ceo-laura-katz-on-creating-a-breast-milk-equivalent-baby-formula-building-a-lab-in-manhattan-and-venture-capitals-glass-ceiling.html

5.https://www.forbes.com/sites/chloesorvino/2021/12/01/these-breakout-entrepreneurs-are-the-forbes-under-30-transforming-the-food-industry/?sh=200076333af8

6.https://www.cn-ferment.com/news/show-14652.html

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