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這是2023年4月17日拍攝的深圳光明科學(xué)城啟動區(qū)內(nèi)的合成生物研究大科學(xué)裝置

　　當(dāng)不同的原料在實(shí)驗(yàn)室中相遇，會擦出怎樣的火花？

　　最近，合成生物的概念迅速升溫，并延伸至資本市場。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，合成生物作為21世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)之一，其應(yīng)用非常廣泛，前景可期，也已有不少國家將之作為發(fā)力的關(guān)鍵領(lǐng)域。隨著合成生物學(xué)研究不斷走向深入，其在節(jié)約能源、低碳環(huán)保等領(lǐng)域的諸多潛在優(yōu)勢正逐步顯現(xiàn)。

“生物制造+”競速

　　用二氧化碳制糖？你沒聽錯(cuò)?？諝庵械亩趸己吞强此撇o關(guān)聯(lián)，如何從前者轉(zhuǎn)變?yōu)楹笳?，這一看似不可能已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。

　　2021年，在位于天津空港經(jīng)濟(jì)區(qū)的中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，從二氧化碳到淀粉的人工合成落地成真，很快蜚聲海內(nèi)外。兩年后的2023年，站在合成淀粉成果的“肩膀”上，該研究所與中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所科研團(tuán)隊(duì)合作，實(shí)現(xiàn)了又一次創(chuàng)新飛躍——從二氧化碳到糖的精準(zhǔn)全合成。

　　研究所內(nèi)從事此項(xiàng)研究的楊建剛說，這一在實(shí)驗(yàn)室里結(jié)出的碩果，為研究人員擺脫自然條件的束縛、利用二氧化碳創(chuàng)造多樣的糖，提供了切實(shí)可行的途徑。

　　科研團(tuán)隊(duì)從碳素縮合、異構(gòu)、脫磷等酶促反應(yīng)入手，用人工方式改造自然來源酶催化劑的催化特性。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，研究人員將二氧化碳等原料在反應(yīng)溶液中按一定比例調(diào)配，在人工改造過的酶等催化劑的催化作用下，高效、精準(zhǔn)地獲得了葡萄糖、阿洛酮糖、塔格糖、甘露糖4種己糖。

　　楊建剛表示，該過程的碳轉(zhuǎn)化率高于傳統(tǒng)植物光合作用，比已知的化學(xué)法制糖，以及電化學(xué)-生物學(xué)耦合的人工制糖方法都有更高的效率。與通過種植甘蔗等農(nóng)作物提取糖分的傳統(tǒng)方式相比，糖的獲取時(shí)長實(shí)現(xiàn)了從“年”到“小時(shí)”的跨越。

　　二氧化碳在實(shí)驗(yàn)室的“蛻變”，是如今火熱的合成生物的縮影。通俗來講，合成生物技術(shù)是一種全新的“造物”技術(shù)，可以理解為生物學(xué)的工程化。它融合了生物學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)等多種技術(shù)，以可再生生物質(zhì)為原料，以生物體作為生產(chǎn)介質(zhì)，旨在利用廉價(jià)原料，以菌種、細(xì)胞、酶為制造工廠，通過規(guī)?；l(fā)酵獲得目標(biāo)產(chǎn)品，具有清潔、高效、可再生等特點(diǎn)。

　　作為一門前沿交叉學(xué)科，合成生物學(xué)適用范圍基本涵蓋了醫(yī)藥、健康、制造、農(nóng)業(yè)等大多數(shù)領(lǐng)域。尤其是在食品、化妝品、功能性營養(yǎng)品等行業(yè)，其應(yīng)用能夠最快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并大大提高這些行業(yè)的生產(chǎn)效率，前景廣闊。

　　在近期舉辦的2024中關(guān)村論壇年會上，中國工程院院士、北京化工大學(xué)教授譚天偉對合成生物的未來寄予厚望。他表示，生物經(jīng)濟(jì)將有望成為繼農(nóng)業(yè)革命、工業(yè)革命、數(shù)字革命之后，引領(lǐng)未來的第四次產(chǎn)業(yè)革命的重要力量。生物制造是新質(zhì)生產(chǎn)力非常重要的新賽道和新業(yè)態(tài)，目前由國家發(fā)展改革委牽頭，工業(yè)和信息化部和科技部等國家部委正在聯(lián)合研制國家生物技術(shù)和生物制造行動計(jì)劃，并且有望在近期出臺，“生物制造+”是其中的關(guān)鍵內(nèi)容。

2025年，1000億美元

　　合成生物究竟會給人類的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展帶來怎樣的改變？從已有成果即可窺見一二。

　　以其對經(jīng)濟(jì)的帶動作用來看，正如譚天偉所說，隨著生物技術(shù)進(jìn)一步取得突破性進(jìn)展，生物制造有望向采礦、冶金、電子信息、環(huán)保等領(lǐng)域拓展，發(fā)展前景十分廣闊，將成為經(jīng)濟(jì)增長的重要引擎。

　　麥肯錫數(shù)據(jù)顯示，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)。

　　當(dāng)前，國內(nèi)從中央到地方紛紛出臺合成生物相關(guān)支持政策。國家發(fā)展改革委印發(fā)的《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》多處提及“合成生物”；上海出臺《上海市加快合成生物創(chuàng)新策源打造高端生物制造產(chǎn)業(yè)集群行動方案（2023-2025年）》，計(jì)劃到2030年，建設(shè)合成生物全球創(chuàng)新策源高地、國際成果轉(zhuǎn)化高地和國際高端智造高地，基本建成具有全球影響力的高端生物制造產(chǎn)業(yè)集群；杭州、常州等多地出臺了鼓勵(lì)政策。

　　當(dāng)前，全球資源短缺、環(huán)境污染、氣候變化等問題日益突出，合成生物技術(shù)為破解這些發(fā)展困境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供了可行的路徑。

　　同樣以二氧化碳到糖的轉(zhuǎn)變?yōu)槔?，“二氧化碳－生物質(zhì)資源－糖”的傳統(tǒng)加工過程，受到植物光合作用能量轉(zhuǎn)換效率限制。由于土地退化和短缺，全球氣候變暖導(dǎo)致的極端天氣和自然災(zāi)害頻發(fā)，依賴于糖類生物質(zhì)資源的生產(chǎn)方式正面臨著供應(yīng)安全風(fēng)險(xiǎn)。人工高效、精準(zhǔn)制糖，有望幫助減少來自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不確定性風(fēng)險(xiǎn)，更充分地滿足人類對糖的需求。

　　楊建剛說，通過這套研究方法獲得的糖，不僅能夠作為原料應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，有效緩解因人口增長而帶來的糖需求壓力，而且還在生物醫(yī)藥、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的實(shí)用價(jià)值。該成果為在工業(yè)條件下直接制糖開辟了新路徑，降低了對土地和水的依賴。將二氧化碳轉(zhuǎn)化為淀粉、糖等人類生產(chǎn)生活必需品，還會減少二氧化碳排放，助力“雙碳”目標(biāo)早日實(shí)現(xiàn)。

　　業(yè)內(nèi)專家還指出，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，氮肥使用量大幅增加帶來的土壤板結(jié)和酸化等問題，可以通過合成生物學(xué)“微生物固氮”技術(shù)得以有效解決。在環(huán)境治理上，可以通過“定制”微生物去除難降解的有機(jī)污染物，也可開發(fā)人工合成的微生物傳感器幫助人類監(jiān)測環(huán)境，以及設(shè)計(jì)構(gòu)建能夠識別和富集土壤或水中的鎘、汞、砷等污染物的微生物，以大幅提升污染治理效能。

　　“合成生物是驅(qū)動生物科技發(fā)展的顛覆性技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)綠色制造、“雙碳”目標(biāo)的底層支撐。未來，生活中80%的物質(zhì)都可以通過細(xì)胞工廠生產(chǎn)，覆蓋衣食住行醫(yī)用的各個(gè)領(lǐng)域?！比A熙生物科技股份有限公司董事長趙燕如此說。

產(chǎn)業(yè)化賦能美好生活

　　不久前，江南大學(xué)未來食品科學(xué)中心合成生物創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)宣布，他們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了透明質(zhì)酸的人工合成，并且這一過程的成本已大幅降低?！巴该髻|(zhì)酸最早是從牛的眼睛里發(fā)現(xiàn)并提取出來的，價(jià)格非常昂貴，每公斤要幾萬元。現(xiàn)在我們團(tuán)隊(duì)利用合成生物學(xué)技術(shù)，借助微生物發(fā)酵生產(chǎn)普通分子量的透明質(zhì)酸，把成本降到每公斤幾百元，實(shí)現(xiàn)了透明質(zhì)酸大產(chǎn)量推廣應(yīng)用?！眲?chuàng)新團(tuán)隊(duì)成員康振說。

　　該團(tuán)隊(duì)通過技術(shù)攻關(guān)，可以利用細(xì)胞工廠生產(chǎn)“萬物”，從而大幅降低原材料成本，使得如今很多化妝品原料的獲取不再依賴于傳統(tǒng)的動植物提取方式。

　　“合成生物學(xué)的技術(shù)突破熠熠生輝，將為未來創(chuàng)新與應(yīng)用領(lǐng)域帶來前所未有的廣闊前景和無限可能。我們將扎根合成生物和生物制造領(lǐng)域，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈升級和轉(zhuǎn)型，為發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力盡一份力量?！眲?chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人汪超說。

　　可以樂觀地預(yù)測，隨著越來越多突破性合成生物技術(shù)成果在實(shí)驗(yàn)室里誕生，并加速產(chǎn)業(yè)化，將更方便地為人類的美好生活賦能。

　　特別是，基于國內(nèi)龐大的市場和完備的供應(yīng)鏈，以及多年在一些領(lǐng)域的深耕發(fā)酵，中國的合成生物學(xué)研究目前已經(jīng)處在全球有利位置。而著眼未來，趙燕認(rèn)為，合成生物要更注重加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，確保科學(xué)家專注于從0到1的原創(chuàng)性科學(xué)研究。同時(shí)，企業(yè)積極參與其中，充分發(fā)揮“產(chǎn)”的作用，推動合成生物科研成果的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化和市場轉(zhuǎn)化。

　　中國工程院院士、江南大學(xué)教授陳堅(jiān)提出，應(yīng)搭建配備先進(jìn)儀器設(shè)備和高水平人才的高能級平臺，推動原始創(chuàng)新并產(chǎn)出高質(zhì)量成果。為此，擁有完善的生產(chǎn)、營銷體系的頭部企業(yè)，攜手在技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)上具備優(yōu)勢的初創(chuàng)公司，兩者充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，將能更快速推進(jìn)生物科技產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展。