每經(jīng)記者 溫雅蘭    每經(jīng)編輯 張凌霄    

生態(tài)文明的發(fā)展催生了合成生物學的業(yè)態(tài)變革。繼DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)、基因組技術后，合成生物學被譽為第三次生物技術革命。

麥肯錫預計，到2025年，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)。

第六屆中國行業(yè)發(fā)展高峰論壇暨上海交通大學行業(yè)研究院五周年系列活動（上海站）中，中國科學院院士、上海交大生命科學技術學院名譽院長鄧子新以合成生物學為軸，分享了生態(tài)文明背景下，合成生物科技與生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的顛覆性創(chuàng)新之路。

“近年來，隨著生命科學與其他學科的交叉融合，以及測序技術、基因克隆技術和大數(shù)據(jù)等技術的發(fā)展，生命科學開始進入一個重要關口，許多新技術不斷涌現(xiàn)。在這樣的背景下，合成生物學應運而生，并逐步滲透到醫(yī)療、環(huán)境、健康、能源、食品等與我們生活息息相關的方方面面。”鄧子新說道。

中國科學院院士、上海交大生命科學技術學院名譽院長鄧子新 圖片來源：主辦方供圖

生態(tài)文明發(fā)展催生合成生物學的業(yè)態(tài)變革

合成生物學擁有十分強大的“能量”，被稱為能夠“以生物造萬物”的學科。那么，合成生物學到底是什么？

鄧子新解釋道，合成生物學是一門匯集生物學、基因組學、工程學和信息學等的高度集成式的前沿學科，是理學中的工程學。它結(jié)合了生命科學觀察分析的方法和工程學的設計思維，使人類得以通過工程方法，設計、改造，甚至從頭合成具有特定功能的生物系統(tǒng)。

“與土木工程具有異曲同工之妙，合成生物學利用數(shù)據(jù)庫中的基因，蛋白調(diào)節(jié)的元件等生物信息，人工設計構(gòu)建新的生物圖景和系統(tǒng)，使其比天然系統(tǒng)更優(yōu)越、更高效，合成生物學希望能夠使相關基因更加兼容和匹配。”

1911年，“synthetic biology（合成生物學）”一詞最早由法國物理化學家Stephane Leduc在其所著的《生命的機理》一書中首次提出。在該書中，其試圖利用物理學理論解釋生物起源和進化規(guī)律，認為“構(gòu)成生物體的是其形態(tài)”，并歸納為“合成生物學是對形狀和結(jié)構(gòu)的合成”。

此后直到21世紀初，合成生物學才真正被廣泛關注。從2000年的雙穩(wěn)態(tài)基因網(wǎng)絡開關，到2013年青蒿素的生物合成生產(chǎn)，再到2019年大腸桿菌基因組合成，合成生物學的“能量”逐步被科學家發(fā)現(xiàn)。

鄧子新表示，合成生物學為不同藥物基因組微生物之間的重排提供了理論和方法。

“就像拼圖一樣，我們可以對基因進行重新編排，改變他們的顏色，創(chuàng)造新的藥物結(jié)構(gòu)化。將標準的基因做成拼圖，在細胞內(nèi)擺出各種不同化合物的代謝途徑，然后在發(fā)酵罐里生產(chǎn)出藥物、保健品，甚至一些必要的化工產(chǎn)品，”鄧子新說，“我們可以通過研究基因合成的機理，通過基因的重排形成一個新的化合物，改良其耐藥性，使它的毒副作用降低。”

此外，鄧子新以其團隊的實驗為例，介紹了合成生物學應用場景。

“以往需要40萬個葡萄柚才能夠提取一公斤的圓柚酮，出口的價格是每公斤6000多美元。我們把這套基因編排到酵母菌細胞里面去，使得它兼容，所以它的結(jié)構(gòu)和天然產(chǎn)物是一模一樣的，而且提取更加簡單，成本至少降低30%，可以用在酸奶、糖果、飲料中，還可以驅(qū)蟲，孕婦和兒童可以用來防蚊。”

合成生物學的未來是生物學家與工程師的聯(lián)合

活動現(xiàn)場，鄧子新表示當前生物醫(yī)藥領域存在新藥發(fā)現(xiàn)的速度趕不上疾病增長的速度，以及藥物制作工藝復雜、三廢排放、微生物污染倒灌、毒性和毒副作用等問題。是否能夠改變工藝使其更加經(jīng)濟、環(huán)保、高效，是否能夠縮短新藥發(fā)現(xiàn)時間等，都是合成生物學面臨的艱巨任務。

近年來，我國合成生物基礎研究突飛猛進。但是，要如何擺脫對國外技術的依賴，實現(xiàn)進一步突破，也是當前中國合成生物學的痛點之所在。

“我們希望能夠從基因治療系統(tǒng)、功能檢測系統(tǒng)和核酸檢測系統(tǒng)、靶向核酸藥物的設計，以及抗噬菌體發(fā)酵工業(yè)體系四個維度，打造具有我國自主知識產(chǎn)權的原創(chuàng)型基因編輯。反義核酸藥物及核酸檢測技術體系，能夠為現(xiàn)代醫(yī)學診療提供新的支撐。”鄧子新談到。

合成生物學剛剛度過了它的“嬰兒時代”，進入“幼兒時代”，當它進入“成人時代”時，生物學世紀才會真正到來。但是，如何才能推動合成生物學持續(xù)發(fā)展？

鄧子新認為，顛覆大健康產(chǎn)品的重大品種合成，打破重大品種的壟斷型生產(chǎn)，關鍵在于要靠前沿技術，通過孵化國際標桿企業(yè)，培養(yǎng)行業(yè)人才，生產(chǎn)關鍵專利，來帶動生物產(chǎn)業(yè)向合成生物發(fā)展的轉(zhuǎn)型、升級和換代。

“今天的生物學已經(jīng)具備工程學的某些特征，生物學家和工程師應聯(lián)合起來對生物體進行重新布線、編程。這將推動生產(chǎn)更廉價的藥物、食品和健康產(chǎn)品，為攻克重大醫(yī)學難題提供新手段，最終改變我們的生活。我相信合成生物學是一顆冉冉升起的學科新星。”鄧子新說道。