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(xué)的業(yè)態(tài)變革。繼DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)、基因組技術(shù)后，合成生物學(xué)被譽(yù)為第三次生物技術(shù)革命。

麥肯錫預(yù)計(jì)，到2025年，合成生物學(xué)與生物制造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值將達(dá)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(shí)現(xiàn)。

第六屆中國(guó)行業(yè)發(fā)展高峰論壇暨上海交通大學(xué)行業(yè)研究院五周年系列活動(dòng)（上海站）中，中國(guó)科學(xué)院院士、上海交大生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院名譽(yù)院長(zhǎng)鄧子新以合成生物學(xué)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(xué)與其他學(xué)科的交叉融合，以及測(cè)序技術(shù)、基因克隆技術(shù)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，生命科學(xué)開始進(jìn)入一個(gè)重要關(guān)口，許多新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。在這樣的背景下，合成生物學(xué)應(yīng)運(yùn)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(guān)的方方面面。”鄧子新說道。

中國(guó)科學(xué)院院士、上海交大生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院名譽(yù)院長(zhǎng)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(xué)的業(yè)態(tài)變革

合成生物學(xué)擁有十分強(qiáng)大的“能量”，被稱為能夠“以生物造萬物”的學(xué)科。那么，合成生物學(xué)到底是什么？

鄧子新解釋道，合成生物學(xué)是一門匯集生物學(xué)、基因組學(xué)、工程學(xué)和信息學(xué)等的高度集成式的前沿學(xué)科，是理學(xué)中的工程學(xué)。它結(jié)合了生命科學(xué)觀察分析的方法和工程學(xué)的設(shè)計(jì)思維，使人類得以通過工程方法，設(shè)計(jì)、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(xué)利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的基因，蛋白調(diào)節(jié)的元件等生物信息，人工設(shè)計(jì)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(xué)希望能夠使相關(guān)基因更加兼容和匹配。”

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

此后直到21世紀(jì)初，合成生物學(xué)才真正被廣泛關(guān)注。從2000年的雙穩(wěn)態(tài)基因網(wǎng)絡(luò)開關(guān)，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(xué)的“能量”逐步被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。

鄧子新表示，合成生物學(xué)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(duì)基因進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的基因做成拼圖，在細(xì)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(jī)理，通過基因的重排形成一個(gè)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(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)為例，介紹了合成生物學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景。

“以往需要40萬個(gè)葡萄柚才能夠提取一公斤的圓柚酮，出口的價(jià)格是每公斤6000多美元。我們把這套基因編排到酵母菌細(xì)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(jiǎn)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(xué)的未來是生物學(xué)家與工程師的聯(lián)合

活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，鄧子新表示當(dāng)前生物醫(yī)藥領(lǐng)域存在新藥發(fā)現(xiàn)的速度趕不上疾病增長(zhǎng)的速度，以及藥物制作工藝復(fù)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(jì)、環(huán)保、高效，是否能夠縮短新藥發(fā)現(xiàn)時(shí)間等，都是合成生物學(xué)面臨的艱巨任務(wù)。

近年來，我國(guó)合成生物基礎(chǔ)研究突飛猛進(jìn)。但是，要如何擺脫對(duì)國(guó)外技術(shù)的依賴，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步突破，也是當(dāng)前中國(guó)合成生物學(xué)的痛點(diǎn)之所在。

“我們希望能夠從基因治療系統(tǒng)、功能檢測(cè)系統(tǒng)和核酸檢測(cè)系統(tǒng)、靶向核酸藥物的設(shè)計(jì)，以及抗噬菌體發(fā)酵工業(yè)體系四個(gè)維度，打造具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)型基因編輯。反義核酸藥物及核酸檢測(cè)技術(shù)體系，能夠?yàn)楝F(xiàn)代醫(yī)學(xué)診療提供新的支撐。”鄧子新談到。

合成生物學(xué)剛剛度過了它的“嬰兒時(shí)代”，進(jìn)入“幼兒時(shí)代”，當(dāng)它進(jìn)入“成人時(shí)代”時(shí)，生物學(xué)世紀(jì)才會(huì)真正到來。但是，如何才能推動(dòng)合成生物學(xué)持續(xù)發(fā)展？

鄧子新認(rèn)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(guān)鍵在于要靠前沿技術(shù)，通過孵化國(guó)際標(biāo)桿企業(yè)，培養(yǎng)行業(yè)人才，生產(chǎn)關(guān)鍵專利，來帶動(dòng)生物產(chǎn)業(yè)向合成生物發(fā)展的轉(zhuǎn)型、升級(jí)和換代。

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