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随着研究的深入，植物拥有非常丰富的内膜系统和细胞器，为开展相关研究提供了理想的模型系统，因此有报道称其为合成生物学的“下一篇章”[3]。合成生物学以植物为基础，采用自下而上的方法将生命系统划分为不同的功能模块，然后将它们组合成新的系统，以帮助人类更好地理解复杂的生物过程。
植物合成生物学相对于传统微生物合成生物学的优势也非常明显。首先，与大多数微生物属于低等单细胞生物相比，植物是多细胞真核系统，具有复杂的形态和生理分化、细胞区室结构，具有良好的研究基础。
其次，由于微生物缺乏一些核糖体，因此无法合成一些具有特殊三维结构的蛋白质，但它们可以在植物体内合成。即植物合成生物学具有在一定维度上合成更多种类物质的能力，可以用来合成某些蛋白质。微生物无法获得的活性蛋白质也能产生各种活性代谢物。
另外，由于微生物体内天然成分的合成需要了解该成分所涉及的所有可能的相关合成途径、相关调控基因和蛋白质，因此需要大量的前期研究，时间和研究成本较高。在植物中，某种活性成分的部分合成途径可能是共享的。即使植物体内庞大的代谢合成途径尚不明确，只要知道了常见的前体，就可以进行后续的修饰进行生产。换句话说，植物合成生物学使人们能够更快、更简单地理解和应用天然产物。
最后，由于前期通过科学改造获得稳定植株，只需简单种植即可获得大量产品，生产人员培训门槛低。微生物的培养和产品的生产对生产环境有较高的要求。它们需要专业的操作人员和设备精良的生产工厂，投资成本很高。
植物合成生物学在实现可控转化和定制方面存在一定的难度和成本。由于植物代谢活动的微妙平衡，某些基因的变化可能会导致植物异常死亡。因此，这需要较长的培育周期和大量的实验成本，技术门槛较高。这需要专业的技术人员和行业领先的团队进行前期探索，以赋能后续的高效原材料。
植物合成生物学为原料世界注入新活力
用户反映，近年来资本对合成生物学赛道的关注度和参与度大幅提升，多家上市公司纷纷宣布布局合成生物学相关领域（如华熙生物、安琪酵母等）。综合以上分析，可以看出，合成生物学领域前景广阔，植物合成生物学有着巨大的发展空间。
值得一提的是，由上海交通大学长江学者特聘教授唐克轩博士领衔的上海交通大学植物生物技术研究中心（以下简称“中心”）是该领域的领先研究机构中国植物合成生物学研究领域，22年潜心研究。
在探索药用和食用植物方面积累了丰富的科研成果，成为上海交通大学植物生物技术国际交流的重要窗口和平台，重点关注国家战略前沿技术——合成生物学和基因编辑。
中心拥有一支实力雄厚的团队。目前拥有一支由教授、副教授、研究生等近40人组成的知识结构合理、人才稳定的高科技创新研究团队。承担过国家高新技术研究“863”项目、“973”项目和上海市重大项目等数十项。
凭借中心强大的研发平台和专业团队，中心在青蒿、水飞蓟、丹参、石斛、积雪草等珍稀药用植物合成生物学研究方面取得了突破性进展。这些成果不仅引起了美容、护肤和健康行业的广泛关注，也为这些珍贵植物的未来应用开辟了无限可能。
植物合成生物学
突破植物成分壁垒
植物合成生物技术通过植物基因模块的精心组装，成功提高了植物中活性成分的含量，打破了原来10公斤原料仅含几克核心活性成分的僵局，大幅降低了原料成本。材料。因此，消费者可以买到价格更低、活性成分含量更高的护肤品和化妆品，让它们更加划算、美丽。
青蒿素具有重要的研究价值
青蒿素是从青蒿植物（学名：annua）中提取的天然化合物。它具有很强的抗疟活性。青蒿素的发现是“中医药送给世界的礼物”[4]。
这种化合物是中国科学家屠呦呦及其团队于20世纪70年代从青蒿植物中发现的，屠呦呦因此获得2015年诺贝尔生理学或医学奖。除了在治疗疟疾方面的杰出贡献外，青蒿素还具有多种生物学功能，包括某些癌症和病毒感染。青蒿素的研究和应用彰显了天然植物资源的巨大价值。中心还开展青蒿素植物合成生物学研究和探索。
珍贵的青蒿素在自然界中非常稀有
青蒿素是从青蒿植物中提取的，又称青蒿素。但其在植物中的天然含量很低。通常，青蒿植物中的青蒿素含量仅为其叶子干重的0.1%至1.0%之间[5]。这意味着需要大量的青蒿素植物才能提取少量的青蒿素。
另外，青蒿是一种对环境条件有特定要求的植物。青蒿生长于低海拔、潮湿的河岸沙地、山谷、林缘、路边等处，喜温暖湿润的气候，要求充足的阳光，不耐荫。 、避免积水。这限制了种植的地理范围。此外，青蒿的种植和采收过程属于劳动密集型，需要人工安排，这进一步限制了其规模化生产的可行性。
青蒿素惊人的护肤功效
虽然青蒿素稀缺，但欧洲很早就开始使用青蒿素提取物作为化妆品原料，如青蒿的茎、叶、愈伤组织等。由于它具有抗菌、抗氧化、去屑、修复等功效，因此可用于多种产品中。
我国2021年版《常用化妆品原料目录》中，列出了23种青蒿成分，其中青蒿提取物2种，即青蒿（ANNUA）提取物和青蒿（ANNUA）叶提取物。
中心利用植物合成生物学技术，在青蒿植物育种阶段，通过转录因子、腺毛发育、转运蛋白、信号调控等方式完成青蒿素基因培育，提高青蒿素在体内的生产效率。培育“高产”青蒿植物。这些植物用于大规模生产高纯度青蒿素，这是一种添加到日常护肤产品中的珍贵化合物。
这种添加了优质青蒿素的化妆品可以有效抑制皮肤炎症，减少炎症因子的活性和炎症细胞的积累，同时表现出优异的抗氧化性能。此外，青蒿素具有强化皮肤屏障、深层滋养、缓解不适、止痒、改善脱皮的作用，是祛痘、修复、舒缓护肤品的理想成分。
神奇中药青蒿出现在部分产品中
TG是一个将自己定位为皮肤问题护理专家的品牌。其明星产品TG皮肤抗菌液的核心成分是青蒿提取物。由于青蒿提取物中的青蒿素具有良好的广谱抗菌性能，对多种革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和痤疮杆菌均有一定的抑制作用，因此特别适用于面部痤疮。 、受感染的皮肤，同时提供一定的舒缓和镇静作用。涂在不舒服的地方，见效快，舒缓皮肤瘙痒，减少痘痘复发，淡化痘印。
安敏优，专注研究敏感肌肤微生态的护肤品牌，创新推出以青蒿为核心的“青蒿产品系列”，包括洁面乳、独立包装修护稳定精华液、稳定水等。乳房套装，以及全面的稳定性维护套餐。
该系列特别强调青蒿提取物卓越的抗炎、舒缓肌肤和增强屏障的特性。更值得一提的是，他们在产品中融入了维生素原B5、马齿苋提取物等其他高效舒缓修复成分，不仅丰富了产品功效，还显着提高了消费者满意度和肌肤改善效果。影响。
青蒿提取物不仅用于面部皮肤护理。有研究利用网络药理学和分子对接技术探索出核心靶点JUN、AKT1和IL-6等，并与青蒿活性成分具有良好的结合活性。人们认为，青蒿提取物可能通过调节炎症反应、脂质代谢异常等来预防头皮问题的发生和发展，从而具有有效护理头皮的作用[6]。
护发产品有很好的应用实例。例如，品牌以其开创性的“First Scalp Mask”而闻名。该产品专为修复敏感头皮而设计，能有效利用青蒿提取物抑制有害细菌。 、调整头皮环境，有效解决顽固头皮屑问题。
此外，牙膏行业也见证了青蒿素的成功应用。两面针品牌的多款产品，如青蒿液体牙膏、青蒿素植物化学牙膏等，均以青蒿素为核心成分。这些产品通过青蒿的清除和保护牙龈作用来维持牙周健康，为用户带来全新的“清洁”口腔护理体验。
挑战与机遇
植物合成生物学的未来
发展并非一帆风顺，还需要我们自上而下的探索。
由于植物合成生物学涉及基因编辑技术，生物安全和伦理问题一直备受关注。如何保证转基因植物不会对环境产生不可预见的影响，如何在社会接受度上取得平衡，是整个植物合成生物学学科需要面对和解决的问题。
此外，植物合成生物学虽然潜力巨大，但其前期研发周期长、研究经费高、商业化转化过程需要高额资金，需要长期的研发投入。获得充足的资金并保持持续的投入是合成生物学应用开发成功的重要因素，也是产学研转化的关键限速点。
选择正确的目标合成活性成分对于植物合成生物学的商业应用至关重要。以青蒿素为例。虽然在国内外已广为人知和使用，但其在消费市场的普及度和接受度尚未达到玻尿酸、维生素C、胶原蛋白等大众成分的水平。 。
目前，青蒿素仍处于市场教育阶段。如何有效提升消费者对青蒿素的认知，建立信任，并将这种信任转化为实际的市场效益，是所有相关企业需要解决的关键问题。这一挑战也适用于其他植物合成成分的营销。
以植物为基础，但不是以植物为基础
植物合成生物学不仅可以合成植物活性成分，还开辟了制造类人蛋白和重要大分子蛋白的新途径。这项技术使我们能够利用植物作为生物反应器，快速且经济高效地生产定制的人源化功能蛋白。
这项创新技术具有多种优势：
一个。生产成本低：通过植物的光合作用，生产成本大大降低。
b.快速生产周期：能够在极短的时间内生产多种产品，无需长期的细胞系筛选。
c.无需无菌培养：省去了昂贵的无菌培养过程，避免了动物病原体污染的风险。
d.简化口服产品的加工：由食用植物生产的重组蛋白可直接用于口服，无需高度纯化，进一步节省成本。
这些特性使得植物合成生物学技术不仅能够彻底改变生物制药领域，也为未来护肤和彩妆活性成分的制备提供了新的可能。
持续的研究和创新对于化妆品行业的发展至关重要。植物合成生物学在化妆品领域展现出显着的优势和潜力。通过工程手段对植物活性成分的生产路径进行优化改造，不仅可以实现天然活性成分的高效生产，而且具有开发新化妆品成分的潜力，提供更多的产品选择和更好的效果，例如植物-合成青蒿素。
随着消费者对产品有效性和安全性的要求越来越高，以及对环境保护和可持续生活方式的关注，植物合成生物学可以帮助企业开发更有效、更安全、更环保的生产方法。生产满足市场需求的个性化产品。
此外，不断的科学研究可以不断拓展新的应用领域，推动整个行业的技术进步和市场拓展。预计植物合成生物学在化妆品行业的应用将在未来带来切实而积极的改变，推动整个行业向更健康、环保、可持续的方向发展。
参考
[1]
[2] P.向上：在'[J].，2011，333（6047）：1252-1254。
[3] 邵杰，刘海丽，王勇。植物合成生物学的现状与未来[J].合成生物学, 2020, 1(04): 395-412.
[4]（摘自屠呦呦演讲）
[5] 王璐瑶，张颖，唐克轩，李山，赵静亚。青蒿素生物合成分子调控研究进展[J].植物学研究, 2016, 5(3): 113-123
[6] 吴涛，马非凡，庄凯彦，刘辉，刘飞，王学文，王兴凯，刘峰，杨素珍。黄花蒿头皮护理功效机制研究[J].轻工科技, 2023, 39(06)):174-177。
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发表于 2024-10-18 04:02:16
