名詞解釋

合成生物學：是以基因工程、系統(tǒng)生物學、計算機工程等多學科為基礎(chǔ)，采用工程化的設(shè)計理念，對生物體遺傳物質(zhì)進行設(shè)計、改造乃至全新合成，從而打破物種界限，創(chuàng)造人工生命體。

作為近年來異軍突起的新興前沿交叉學科，合成生物學被認為是繼“DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)”和“人類基因組測序計劃”之后的第三次生物技術(shù)革命。

在四川盈嘉合生科技有限公司，工作人員正在進行基因編輯操作

將二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖和油，這不是什么科幻電影，而是發(fā)生在電子科技大學實驗室的真實一幕。

在實驗室內(nèi)，科研人員通過合成生物等技術(shù)，成功以二氧化碳為原料合成了葡萄糖和油脂，不僅回收了二氧化碳，還產(chǎn)生了高附加值化學品，為人工和半人工合成“糧食”提供了新的技術(shù)。

這不是合成生物技術(shù)第一次展示神奇的“超能力”，過去數(shù)年火熱的生物醫(yī)藥、人造肉、青蒿素、人造淀粉等產(chǎn)品，均可歸于該技術(shù)的落地。

近年來，隨著基因編輯、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，合成生物引發(fā)了新的研究浪潮?？茖W家對這一前沿科學寄予厚望，他們希望通過這項技術(shù)改善人類健康、應(yīng)對糧食危機、緩解全球變暖等人類共同面對的問題。

面對這片產(chǎn)業(yè)新藍海，各地都加速搶占合成生物新風口。四川也在積極布局，不久前，省委十二屆五次全會提到，要加強合成生物學、生物技術(shù)與信息技術(shù)融合等前沿生物技術(shù)研究，吹響了產(chǎn)業(yè)號角。

盈嘉合生的工作人員正在進行菌種發(fā)酵工藝優(yōu)化操作

顛覆：

改變傳統(tǒng)思路，像搭積木一樣“創(chuàng)造”生命

人造纖維、人造衛(wèi)星、人造材料……在我們的潛意識里，只要是人造的東西都是沒有生命的。人類真能“創(chuàng)造”出生命嗎？

1996年，克隆羊“多利”的誕生，讓人類認識到“人造生命”的可行性。但也有科研人員提出，克隆僅僅是“復(fù)制”了已有的生命體，還不是真正意義上的“創(chuàng)造”。

隨著合成生物學的發(fā)展，“創(chuàng)造”生命這個看似天馬行空的想法正在變?yōu)楝F(xiàn)實。

2010年，科學家使用合成生物技術(shù)創(chuàng)造出了首個人工合成的單細胞生物，并將這個原本自然界中不存在的新生命命名為“辛西婭”，意為合成兒。

“‘辛西婭’的‘母親’不再是生物，而是人類計算機。”電子科技大學生命科學與技術(shù)學院教授湯麗霞說，這顛覆了有關(guān)生命屬性的經(jīng)典認識。“過去，我們是認識生命、了解生命，現(xiàn)在是改造生命、設(shè)計生命。”

為此，她打了一個比方，通過合成生物技術(shù)，可以像用積木搭造城堡一樣，自由地“創(chuàng)造”自己所需的生命形式。“唯一的區(qū)別是，合成生物中積木不是塑料積木，而是DNA。”

就像一顆石子投進了平靜的湖面，人造“辛西婭”的出現(xiàn)，在合成生物領(lǐng)域泛起了一陣陣漣漪，讓更多科研人員投入到相關(guān)研究中。

2021年，在中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所，科學家宣布在實驗室實現(xiàn)了從二氧化碳到淀粉的人工全合成，使淀粉生產(chǎn)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式向工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能。

1年后，電子科技大學、中國科學院深圳先進技術(shù)研究院、中國科學技術(shù)大學的課題組進一步拓展，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為葡萄糖和油脂，該技術(shù)以封面文章的形式發(fā)表于國際學術(shù)期刊《自然·催化》上。

基礎(chǔ)科學研究的突破帶來了新技術(shù)、新方法，也為企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展提供新動力。“未來有一天，利用二氧化碳來生產(chǎn)天然甜味劑是非常有希望的。”四川盈嘉合生科技有限公司是一家生物制造企業(yè)，公司利用合成生物技術(shù)制造天然活性成份。企業(yè)高級科學家李偉博士說，合成生物學技術(shù)變革了傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式。他以企業(yè)生產(chǎn)的天然甜味劑為例，相較于傳統(tǒng)的植物提取方式，現(xiàn)在生產(chǎn)1公斤產(chǎn)品可節(jié)約耕地92%、減少碳排放80%、減少水資源浪費90%，且大大縮短生產(chǎn)周期。“過去幾個月做的事現(xiàn)在幾天內(nèi)就能完成。”

“合成生物技術(shù)的發(fā)展，還影響了我們的衣食住行。”從業(yè)多年，成都大學食品與生物工程學院特聘研究員程杰有一個明顯的感受：合成生物產(chǎn)業(yè)化正在提速。“煉鋼時產(chǎn)生的工業(yè)尾氣可以變成飼料，藻類可以改造成類似石油、煤炭一樣的能源……過去這些想都不敢想。”

這一切的變化，源于基因編輯、人工智能兩大核心技術(shù)的突破。“其中，基因編輯提升了合成生物的可行性，人工智能加速了這種可行性進程。”程杰表示，隨著合成生物的發(fā)展，我們正進入一個“萬物皆可造”的時代。根據(jù)麥肯錫的數(shù)據(jù)預(yù)測，到2025年，全球合成生物學與生物制造的經(jīng)濟價值將達到1000億美元，未來全球60%的物質(zhì)生產(chǎn)可通過生物制造方式實現(xiàn)。

成都金開生物工程有限公司工程技術(shù)中心，研發(fā)人員正在檢測分析發(fā)酵液狀態(tài)

難題：

除了技術(shù)、商業(yè)堵點，還有倫理、監(jiān)管等問題

此前引起轟動的人工合成淀粉雖然“吸粉”無數(shù)，但卻鮮有人了解，背后是全球生物學家歷經(jīng)十多年的反復(fù)“試錯”。

“就像給你一堆積木，卻沒有圖紙告訴你拼成什么樣，怎么拼？”湯麗霞說，基因編輯等技術(shù)不斷發(fā)展，使得合成能力大幅提升，但設(shè)計能力卻依舊有限，造成了合成生物學高度依賴海量“人工試錯”的局面。“我們需要一張‘生命圖紙’，來解讀生命‘密碼’。”

設(shè)計的目的是為了應(yīng)用，從實驗室走向工廠，還有很長的路要走。“首先要面對的難題是菌株的開發(fā)。”李鎮(zhèn)江是四川省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計院副院長，也是成都金開生物工程有限公司董事長，從事合成生物技術(shù)對食品改造工作多年。他談到，在實驗室構(gòu)造的菌株能否產(chǎn)業(yè)化是一個很大的瓶頸。“有些菌株在實驗室中效果很好，但是在實際生產(chǎn)中并不可行，面臨的環(huán)境和生產(chǎn)成本都不相同。”

開發(fā)菌株，只是產(chǎn)業(yè)化的第一步。適配的設(shè)備和工藝也是一個重要環(huán)節(jié)。“如果找不到適配性的工藝參數(shù)和反應(yīng)裝置條件，你的菌種沒辦法工程化放大，往下都沒你的事了。”李鎮(zhèn)江說。

要顛覆傳統(tǒng)，合成生物還要與傳統(tǒng)領(lǐng)域正面競爭。以替代蛋白為例，就要面對畜牧業(yè)、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的競爭。“成本還是偏高。”程杰說，比如人造肉的成本，往往是正常肉制品的幾倍甚至10多倍。“食品是日常必需品，價格過高，很難市場化。”

商業(yè)之外，合成生物仍然面臨法律、知識產(chǎn)權(quán)保護、倫理、生物安全等諸多亟待厘清的問題。

“‘辛西婭’問世多年，但質(zhì)疑聲依舊不斷，一些人認為它帶來了無法預(yù)料的災(zāi)難。”此外，從業(yè)人士提到，合成生物并不是一個單獨的行業(yè)，具體的監(jiān)管、法律等問題，需要進入落地的行業(yè)本身去討論和規(guī)劃。

機遇：

多地爭相布局，四川如何迎頭趕上？

作為一門新興的跨學科研究領(lǐng)域，合成生物發(fā)展?jié)摿薮螅彩歉鞯貭幭嗖季值奈磥懋a(chǎn)業(yè)之一，天津、上海、深圳等地是國內(nèi)合成生物學研究的主要陣地。

其中，天津主要依托于中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所，是最早建立合成生物學本科專業(yè)、碩士和博士學位點的城市之一，在工業(yè)微生物領(lǐng)域優(yōu)勢明顯，近年來火熱的人工合成淀粉、人工合成糖均出自中國科學院天工所。

上海則主攻科研，是我國合成生物發(fā)源地之一，世界上第一個人工合成的蛋白質(zhì)和全球首例人造單染色體真核細胞創(chuàng)建都在上海發(fā)生，并且還擁有國內(nèi)第一個合成生物學重點實驗室——中國科學院合成生物學重點實驗室。另外在產(chǎn)業(yè)端，多家頭部企業(yè)的總部也都設(shè)在上海。

作為后起之秀，近年來，深圳的發(fā)展尤為迅速，國內(nèi)首個合成生物學創(chuàng)新研究院、全球首個合成生物重大科技基礎(chǔ)設(shè)施等均落地深圳，并且目前已經(jīng)聚集有大量青年人才和一批合成生物學初創(chuàng)企業(yè)。

各地都在搶灘，四川發(fā)展又如何呢？

“起了個大早，趕了個晚集。”不少受訪者說，四川和天津幾乎同時進入合成生物賽道，但如今的發(fā)展卻各不相同。“不管是創(chuàng)新成果還是創(chuàng)新應(yīng)用方面，距離天津、上海、深圳等地都有一定的差距。”

原因在哪？對于科研人員來說，需要政府的引導(dǎo)。“任何一項新技術(shù)從實驗室研發(fā)到完成產(chǎn)業(yè)化，需要幾年甚至十幾年的時間，不可能一蹴而就。”中國科學院成都生物研究所生物環(huán)保與綠色制造中試平臺相關(guān)負責人張禮霞說，這需要政府制定合成生物技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃。

她注意到，深圳等地雖然起步較晚，但通過研究基礎(chǔ)、產(chǎn)業(yè)嘗試、載體支撐等探索，進入了第一梯隊；青島、合肥等地，也在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)方面實現(xiàn)了“點”上突破。“這些都為四川發(fā)展合成生物產(chǎn)業(yè)，提供了經(jīng)驗。”

對于企業(yè)而言，完善的產(chǎn)業(yè)鏈至關(guān)重要。“舉個簡單例子，我們要做基因組測序、基因合成等環(huán)節(jié)，往往要運到上海、北京、南京、蘇州等地進行操作。”李偉說，如果缺少提供底層技術(shù)服務(wù)的企業(yè)，將會限制產(chǎn)品型下游企業(yè)的集聚和產(chǎn)業(yè)集群的形成。

情況正在改善。近日，四川省科學技術(shù)廳公示了首批11家四川省中試研發(fā)平臺名單，四川省微生物合成與生物制造中試研發(fā)平臺名列其中。此前1個月，省委十二屆五次全會提到，要加強合成生物學、生物技術(shù)與信息技術(shù)融合等前沿生物技術(shù)研究。

但這些受訪者也提到，目前，合成生物產(chǎn)業(yè)處于早期的階段，四川需要進一步找準“痛點”，在源頭創(chuàng)新、平臺建設(shè)、成果轉(zhuǎn)化等關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供護航，補齊產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的缺失環(huán)節(jié)，以“串點成鏈”促進產(chǎn)業(yè)規(guī)?；嵘?。（圖片由受訪者供圖）

記者： 高杲

來源：川觀新聞