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张先恩：合成生物学高质量发展的三个要素

发布时间：2023-05-01
发布人：安各洛公司-转载：深圳市合成生物学协会


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图 | 张先恩，深圳理工大学（筹）合成生物学院院长、中国科学院生物物理所研究员



2023 年 4 月 27-28 日，第四届工程生物创新大会、第二届中国合成生物学学术年会、第一届亚洲合成生物学创新大会在深圳光明科学城成功举办，会上嘉宾们共同探讨了合成生物创业的未来和发展之路。

         
深圳理工大学（筹）合成生物学院院长、中国科学院生物物理所研究员张先恩出席本次大会并发表了主旨演讲。
         
“合成生物学进一步强化高质量发展的驱动因素是技术和理论、底层设计以及市场-技术-政策联合驱动。”张先恩说。
         

以下为张先恩研究员的演讲内容，经不改变原意的修改后发出。



         
今天，我主要与大家分析一下合成生物学高质量发展的驱动因素。
         
近代生命科学的发展大概可以归纳为三个 50 年。第一个 50 年是经典遗传学阶段，从孟德尔发现遗传学基本规律到摩尔根的染色体遗传；第二个 50 年是分子遗传学的形成和发展，沃森和克里克发现 DNA 双螺旋结构，产生了分子生物学，发现了中心法则并催生了基因生物技术；再过大约 50 年，人类基因组计划的完成，推动生命科学进入组学和系统生物学阶段。
         
合成生物学在基因组学和系统生物学基础之上发展而来，通过引入工程学概念和基因技术，实现对基因组的重编程和新功能引入，从而设计和合成生命体。
         
虽然合成生物学名词源百多年前，并在上世纪中后期合成了蛋白质和核酸等生物大分子（如中国科学家率先人工合成了牛胰岛素结晶及后来合成了tRNA），但 2000 年是合成生物学元年。
         
下面这张图概括了合成生物学发展的主要脉络，包括 3 个方面。如图中颜色所示，蓝色图标是在基因水平和蛋白质水平相关技术进展，包括基因线路及器件、基因编辑、蛋白质结构预测和蛋白质从头设计、定量合成生物学等；粉色展示合成基因组和染色体的路径，从最简单的病毒到原核生物，再到真核生物染色体；绿色是合成细胞工厂，通过众多基因操纵，实现用微生物在发酵罐中生产珍贵的植物天然产物，也包括用二氧化碳无细胞或胞内合成高附加值产品。

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（来源：大会现场）

合成生物学的意义包括两个方面：造物致知，即通过逐层构筑生物体系来学习和了解生命科学底层规律，为生命科学研究提供新的范式；造物致用，即作为核心驱动力，促生物技术和生物制造迭代发展，催生未来生物经济发展。鉴于此，主要强国将合成生物学发展提升到战略层面，纷纷发布路线图和战略。我认为，将有三个因素进一步驱动合成生物学高质量发展：

一是技术和理论发展。需要发展功能更加强大的基因编辑技术、基因组合成与组装技术、底盘细胞构建等技术，并通过生物大数据与人工智能黑箱模型和生物理性设计白箱模型，设计、试错、学习，并不断循环，最终推动理论发展和技术进步，实现对新生物体系的可预测设计和器件“标准化”。
         
二是顶层设计。自中美英“三国六院”合成生物学系列会议之后，各国相继发布合成生物学发展路线图和战略规划，设定使能技术发展目标，展望在人类健康、绿色工业、粮食与食物安全、环境、能源、气候变化、物质科学和信息科学等国计民生多方面的应用前景。
         
三是市场-技术-政策互动。市场是一只无形的手，作用强大，但往往难以预测。例如，mRNA 疫苗在抗肿瘤方面的研究长期处于低潮，抗新冠病毒 mRNA 疫苗在世纪疫情中的成功，使抗肿瘤 mRNA 疫苗研究和开发得到复活；合成生物学技术进步、发展绿色生物经济和实现双碳目标的共识，使各国政府有信心发布雄心勃勃的生物技术和生物产业战略目标并发布报告，这无疑又吸引大量社会资本，从而促进转化型研究和技术成果产业化。在深圳召开的合成生物学与生物产业大会就是很好的说明，科学技术人员、企业家、投资人济济一堂，相互传达需求。去年同样的活动，网上点击率超过 530 万，今年应该受到更大关注。市场、技术和政策联合，是合成生物学高质量发展的保证。
          
中国企业为社会创造了大量财富，竞争力也空前增强，但国家进入到创新驱动发展阶段，企业整体上需要补齐基础研究的短板。与发达经济体相比，中国企业在基础研究上投入的经费比重差距很大。企业在完成原始性积累之后，注重投入基础研究，有几个方面的意义。一是增强企业的全球竞争力，特别是已经进入到行业前沿的企业；二是由于中国企业 R&D 支出占全社会 R&D 的比重达 75% 以上，企业提升基础研究投入比重，将从根本上解决中国基础研究投入长期以来偏低的问题；三是有利于使科研人员更加注重解决实际问题。

最后说一下合成生物学竞赛，这是为在校大学生和研究生提供的一个励志平台，有利于为合成生物学和生物产业培养后备人才。去年第一届，学生们赛出了勇气和智慧、赛出了精神和友谊。今年第二届拟扩大到亚洲国家，未来的目标是成为世界上合成生物学第二大赛事。希望大家关注和支持。


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