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供养世界的土壤奥秘

圣路易斯的一家公司如何使用测序来鉴定能够自然控制害虫并提高农业产量的微生物

供养世界的土壤奥秘
2022年6月27日

当微生物学家Barry Goldman博士读到有关害虫和气候变化等威胁会对世界粮食供应产生影响这一令人震惊的报告时,他认为解决方案在本地——就像在真正的本地一样,就像在他自己的圣路易斯郊区后院一样。在后院雄伟的橡树和枫树树荫下的土壤中,有大量的微生物——细菌、真菌和病毒的菌株,他相信这些微生物能够解决一些严重的全球问题。对这些微生物加以鉴定或培养,它们就可以杀死携带疾病的蚊子或防止其他昆虫破坏作物产量——预计到2050年,农产品需求将增长50%,而可耕地面积将减少。

为了证明他的观点,Goldman最近开展了一项研究,了解他自己的花园泥土里有什么。从他妻子收集的10个三明治大小的泥袋中,他发现了10种新型微生物可以杀死传播寨卡病毒的埃及伊蚊。此后,他的团队又发现了50多种可作为天然杀虫剂的微生物。“仅在我自己的后院就有如此丰富的生物多样性。想象一下,如果我们能够利用地球上存在的约数万亿或更多微生物,我们能找到什么样的解决方案,”Goldman说道。请参阅2016年印第安纳大学的研究,该研究预测地球孕育的微生物多达一万亿种。

这种可能性让Goldman充满信心,他离开自己工作了18年的合成生物学领域,先在农业生物技术巨头Monsanto担任多个职务,后来在Indigo担任研究副总裁,并于2017年与五位联合创始人一起创办了一家名为Pluton Biosciences的初创公司。该公司位于圣路易斯,Goldman说这是一个很好的中西部基地,拥有丰富的人才,可以发展公司。作为旧金山湾区因美纳加速器2020队列的成员,Pluton已经筹集了670万美元的种子资金。这些资金将帮助开发用于新一代生物解决方案的“micromining”发现平台,包括用于碳封存的杀虫剂和气候解决方案。他计划在今年晚些时候启动A轮融资。

Goldman说,直到最近,测序才让这样的发现成为可能。他说:“直到因美纳在市场上脱颖而出,我们才真正了解到这项技术。”在测序取得进展之前,科学家们已经习惯了一次仅观察单个微生物菌落的低效方法。他说:“但如果有一万亿种物种,那么要花很长时间才能观察完所有物种。”

如果您能想到这个问题,微生物就能解决它。

Pluton团队使用Illumina NovaSeq™ 6000 S4试剂盒作为基因组技术访问中心(华盛顿大学麦克唐纳基因组研究所内的实验室)NovaSeq™ 6000测序系统的一部分。在这里,Pluton团队可以在不到4个月的时间内对2,400多个土壤样本进行测序,每次运行读取5,000万次。他说:“我们可以使用比较基因组学来了解某些样本为何能起作用,了解杀死昆虫的作用模式。”秘诀是一种“群体方法”,它将测序与可以进行数据分类和模式检测的计算功能相结合。他表示:“在每一汤匙土壤中,都有成千上万种微生物。如果我进行大规模测序并使用计算生物学,那么我就可以更快地找到更多的微生物。这就是我们平台的价值所在。”

农药的有机替代品
Goldman相信合成生物学实践的有机替代品市场前景广阔。这一过程涉及鉴定新基因,以转入植物杀死危害性昆虫,此过程成本高昂,并且可能需要近十年的时间才能实现商业化。引入新的化合物后,害虫很快就会产生抗药性。此外,许多人不希望他们的食物中混有合成化学物质。“微生物是新一代作物保护剂,”他说道并列举了它们的优势:随着过去几年测序成本的下降,微生物发现的成本变得更低,上市速度也更快——平均大约需要一年半时间。另外,微生物数量十分庞大,可以不断供应。他说:“如果有一万亿种物种,害虫永远无法对所有物种产生抗药性。”

该公司目前专注于农药和碳封存解决方案。它还与生命科学公司Bayer AG合作开发“微生物覆盖作物”,利用微生物将碳从空气中提取出来并将碳储存在土壤中。“我们相信每英亩可以去除近两吨碳。数量十分庞大,”他说,“想象一下,如果我们在任何地方都可以这样做。我们就可以消除三分之一人类每年造成的破坏。另外,它还可以改善土壤。”除了这些方法,Goldman表示还可以探索无数种其他环保应用。“我们的标语是,如果您能想到这个问题,微生物就能解决它。”例如,有些微生物可以降解塑料,可以用来消除太平洋中的垃圾漩涡。

正确的时机
Goldman表示,现在正是创立初创公司的好时机。他的四个孩子都长大了,他准备好了在事业和个人生活中承担这样的风险。当然,科学已准备就绪。他说:“如果这项技术可以在世界各地使用,我们就可以找到更多方法来保护人们生存所需的农作物。这就是梦想。”

 

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