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

　　當不同的原料在實驗室中相遇，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)人士認為，合成生物作為21世紀生命科學領域的顛覆性技術之一，其應用非常廣泛，前景可期，也已有不少國家將之作為發(fā)力的關鍵領域。隨著合成生物學研究不斷走向深入，其在節(jié)約能源、低碳環(huán)保等領域的諸多潛在優(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?？諝庵械亩趸己吞强此撇o關聯(lián)，如何從前者轉變?yōu)楹笳?，這一看似不可能已經(jīng)成為現(xiàn)實。

　　2021年，在位于天津空港經(jīng)濟區(qū)的中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所實驗室內(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院大連化學物理研究所科研團隊合作，實現(xiàn)了又一次創(chuàng)新飛躍——從二氧化碳到糖的精準全合成。

　　研究所內(nèi)從事此項研究的楊建剛說，這一在實驗室里結出的碩果，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，提供了切實可行的途徑。

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

　　楊建剛表示，該過程的碳轉化率高于傳統(tǒng)植物光合作用，比已知的化學法制糖，以及電化學-生物學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，糖的獲取時長實現(xiàn)了從“年”到“小時”的跨越。

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

　　作為一門前沿交叉學科，合成生物學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)領域。尤其是在食品、化妝品、功能性營養(yǎng)品等行業(yè)，其應用能夠最快實現(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中關村論壇年會上，中國工程院院士、北京化工大學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，引領未來的第四次產(chǎn)業(yè)革命的重要力量。生物制造是新質生產(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和生物制造行動計劃，并且有望在近期出臺，“生物制造+”是其中的關鍵內(nèi)容。

2025年，1000億美元

　　合成生物究竟會給人類的經(jīng)濟社會發(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)濟的帶動作用來看，正如譚天偉所說，隨著生物技術進一步取得突破性進展，生物制造有望向采礦、冶金、電子信息、環(huán)保等領域拓展，發(fā)展前景十分廣闊，將成為經(jīng)濟增長的重要引擎。

　　麥肯錫數(shù)據(jù)顯示，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%的物質生產(chǎn)可通過生物制造方式實現(xiàn)。

　　當前，國內(nèi)從中央到地方紛紛出臺合成生物相關支持政策。國家發(fā)展改革委印發(fā)的《“十四五”生物經(jīng)濟發(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）》，計劃到2030年，建設合成生物全球創(chuàng)新策源高地、國際成果轉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政策。

　　當前，全球資源短缺、環(huán)境污染、氣候變化等問題日益突出，合成生物技術為破解這些發(fā)展困境，實現(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變?yōu)槔?，“二氧化碳－生物質資源－糖”的傳統(tǒng)加工過程，受到植物光合作用能量轉換效率限制。由于土地退化和短缺，全球氣候變暖導致的極端天氣和自然災害頻發(fā)，依賴于糖類生物質資源的生產(chǎn)方式正面臨著供應安全風險。人工高效、精準制糖，有望幫助減少來自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不確定性風險，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用于食品、醫(yī)藥等領域，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)等多個領域展現(xiàn)出廣泛的實用價值。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”目標早日實現(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和酸化等問題，可以通過合成生物學“微生物固氮”技術得以有效解決。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，以及設計構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。

　　“合成生物是驅動生物科技發(fā)展的顛覆性技術，是實現(xiàn)綠色制造、“雙碳”目標的底層支撐。未來，生活中80%的物質都可以通過細胞工廠生產(chǎn)，覆蓋衣食住行醫(yī)用的各個領域?！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，江南大學未來食品科學中心合成生物創(chuàng)新團隊宣布，他們已經(jīng)實現(xiàn)了透明質酸的人工合成，并且這一過程的成本已大幅降低?！巴该髻|酸最早是從牛的眼睛里發(fā)現(xiàn)并提取出來的，價格非常昂貴，每公斤要幾萬元?，F(xiàn)在我們團隊利用合成生物學技術，借助微生物發(fā)酵生產(chǎn)普通分子量的透明質酸，把成本降到每公斤幾百元，實現(xiàn)了透明質酸大產(chǎn)量推廣應用?！眲?chuàng)新團隊成員康振說。

　　該團隊通過技術攻關，可以利用細胞工廠生產(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。

　　“合成生物學的技術突破熠熠生輝，將為未來創(chuàng)新與應用領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域，服務地方經(jīng)濟發(fā)展，推動相關產(chǎn)業(yè)鏈升級和轉型，為發(fā)展新質生產(chǎn)力盡一份力量。”創(chuàng)新團隊負責人汪超說。

　　可以樂觀地預測，隨著越來越多突破性合成生物技術成果在實驗室里誕生，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鏈，以及多年在一些領域的深耕發(fā)酵，中國的合成生物學研究目前已經(jīng)處在全球有利位置。而著眼未來，趙燕認為，合成生物要更注重加強產(chǎn)學研合作，確保科學家專注于從0到1的原創(chuàng)性科學研究。同時，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)轉化和市場轉化。

　　中國工程院院士、江南大學教授陳堅提出，應搭建配備先進儀器設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，將能更快速推進生物科技產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展。