合成(cheng)生物學(xue)（Synthetic Biology）被視為繼“DNA雙螺旋結(jie)構(gou)的(de)(de)發現(xian)”和“人(ren)類基因(yin)組計劃”后第(di)三次生物技術革(ge)命(ming)，融合了生命(ming)科(ke)學(xue)、工程(cheng)學(xue)、基因(yin)組學(xue)、信(xin)息學(xue)、數學(xue)、化學(xue)、計算(suan)機科(ke)學(xue)等諸多(duo)學(xue)科(ke)，在醫藥(yao)、能(neng)源(yuan)、材料、化工、農業(ye)等領域(yu)具有(you)極(ji)其廣闊(kuo)的(de)(de)應(ying)用前景，已成(cheng)為世(shi)界各(ge)國科(ke)技競爭主戰場之(zhi)一(yi)。總體而言，合成(cheng)生物學(xue)可概括為通過構(gou)建具有(you)期望功能(neng)的(de)(de)生物系統，生產各(ge)種人(ren)類需要的(de)(de)物品。本期我們走近合成(cheng)生物學(xue)，一(yi)探它的(de)(de)“前世(shi)今(jin)生”。
圖(tu)1 三次生物技術革(ge)命
追本求源：合成生物學的歷程變遷
合(he)成生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)學自概念(nian)提出到現在發(fa)展歷史已(yi)超(chao)百年。最早可溯源(yuan)至19世紀中葉合(he)成化學的出現打破無機(ji)物(wu)(wu)(wu)(wu)和有機(ji)物(wu)(wu)(wu)(wu)的界限(xian)，推翻“生(sheng)(sheng)命(ming)力論”,顛覆了人(ren)類(lei)對生(sheng)(sheng)命(ming)體(ti)(ti)（動物(wu)(wu)(wu)(wu)、植物(wu)(wu)(wu)(wu)、微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)等）的認知。此(ci)后，“細胞學說”“生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)化學”“遺傳學說”等相繼(ji)提出，人(ren)類(lei)從細胞層面(mian)(mian)、分子層面(mian)(mian)實現對生(sheng)(sheng)命(ming)體(ti)(ti)認識的飛躍(yue)，合(he)成生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)學亦隨之演化。總體(ti)(ti)看，合(he)成生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)學發(fa)展歷程大致可分為三大階段：
圖2 合成生物(wu)學(xue)發展歷(li)程
縱觀學科起(qi)源(yuan)和發(fa)展(zhan)歷程，合成生物(wu)學的(de)崛起(qi)以其鮮明的(de)“工(gong)程學本(ben)質(zhi)”特(te)征，顛覆(fu)了(le)以發(fa)現描述和定性分(fen)析為(wei)主的(de)傳統(tong)生物(wu)學研究范式(shi)，除對原(yuan)有生命科學與代謝工(gong)程的(de)“延長線”式(shi)發(fa)展(zhan)外，更是將原(yuan)有生物(wu)技(ji)術(shu)上(shang)升到了(le)工(gong)程化(hua)、系統(tong)化(hua)和標(biao)準化(hua)的(de)高度，開啟(qi)了(le)可(ke)定量、可(ke)計算(suan)、可(ke)預測及工(gong)程化(hua)的(de)新(xin)時(shi)代[1]。
洞若觀火：合成生物相關概念辨析
從技(ji)術演變看，生(sheng)物(wu)技(ji)術、合成生(sheng)物(wu)技(ji)術與基因(yin)編輯技(ji)術存在包(bao)含與被(bei)包(bao)含的關(guan)系。
圖(tu)3 合成生物技術與生物技術、基(ji)因(yin)編輯(ji)技術關(guan)系圖(tu)
從產業范疇看(kan)，合(he)成生物(wu)(wu)學是(shi)生物(wu)(wu)制(zhi)造最重要的底層技術(shu)之(zhi)一，生物(wu)(wu)制(zhi)造是(shi)合(he)成生物(wu)(wu)技術(shu)的主要應用(yong)場景。合(he)成生物(wu)(wu)制(zhi)造隸屬于生物(wu)(wu)制(zhi)造，與生物(wu)(wu)醫藥產業存在交叉(cha)重疊(die)的關系。
圖(tu)4 合成生(sheng)(sheng)物(wu)制造與(yu)生(sheng)(sheng)物(wu)制造、生(sheng)(sheng)物(wu)醫藥關(guan)系圖(tu)
本期結語
合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)生物(wu)(wu)學(xue)作為新興學(xue)科提出時日(ri)不長、涉及領(ling)域廣(guang)，其定義(yi)(yi)仍(reng)見(jian)仁見(jian)智、尚(shang)未形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)共識。在(zai)此(ci)，我們(men)引用科技(ji)部“合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)生物(wu)(wu)學(xue)”重點專項項目申報指南中的(de)定義(yi)(yi)進行總(zong)結(jie)：“合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)生物(wu)(wu)學(xue)是以工程化設(she)計理念(nian)，對生物(wu)(wu)體進行有目標的(de)設(she)計、改造乃至重新合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)”。
結(jie)合(he)合(he)成生物(wu)制造(zao)流程來看，其本質就是“細(xi)胞工(gong)廠”，通(tong)過(guo)(guo)基(ji)因技(ji)術編輯底(di)(di)(di)盤(pan)(pan)細(xi)胞，將(jiang)生物(wu)碳基(ji)原料(liao)置于(yu)(yu)底(di)(di)(di)盤(pan)(pan)細(xi)胞中進(jin)行發酵，之后(hou)采(cai)用(yong)多種技(ji)術將(jiang)發酵產(chan)品(pin)從發酵液或(huo)者細(xi)胞中分離(li)、純化(hua)出來，在(zai)達到特定標準(zhun)后(hou)制成產(chan)品(pin)。更通(tong)俗地理解，底(di)(di)(di)盤(pan)(pan)細(xi)胞相當于(yu)(yu)奶牛(niu)，各種原料(liao)相當于(yu)(yu)低價值的草料(liao)，通(tong)過(guo)(guo)改(gai)造(zao)優(you)化(hua)過(guo)(guo)的底(di)(di)(di)盤(pan)(pan)細(xi)胞，添加低廉原料(liao)后(hou)經過(guo)(guo)發酵等一系(xi)列(lie)工(gong)藝產(chan)生的高價值的化(hua)學或(huo)生物(wu)產(chan)品(pin)。
圖(tu)5 合成(cheng)生物制造(zao)流程(cheng)
總(zong)體看，合(he)成生(sheng)物(wu)(wu)學突破了生(sheng)物(wu)(wu)體的(de)(de)自然局(ju)限，使其擁有滿足(zu)人類(lei)需求(qiu)的(de)(de)生(sheng)物(wu)(wu)功能，可利用高(gao)效(xiao)能量和(he)高(gao)效(xiao)物(wu)(wu)質合(he)成的(de)(de)能力(li)(li)(li)，解(jie)決人類(lei)面(mian)臨的(de)(de)食品缺乏、能源緊缺、環境污染(ran)、醫療健康等多方(fang)面(mian)的(de)(de)問題。目前，政(zheng)產(chan)學研(yan)各(ge)方(fang)均在共同努力(li)(li)(li)，持續發力(li)(li)(li)加(jia)速合(he)成生(sheng)物(wu)(wu)學底層和(he)共性(xing)技術突破，力(li)(li)(li)促其轉化應用和(he)產(chan)業(ye)化發展，我(wo)們(men)(men)期待合(he)成生(sheng)物(wu)(wu)學未來在科技、產(chan)業(ye)、社(she)會(hui)、生(sheng)態等領域(yu)創造(zao)更高(gao)的(de)(de)價值。下一期，我(wo)們(men)(men)將(jiang)對國內外合(he)成生(sheng)物(wu)(wu)學戰略部(bu)署和(he)產(chan)業(ye)謀劃等情況進(jin)行追(zhui)蹤。
參考資料
[1] 《中國合成生物(wu)學(xue)2035發(fa)展戰略》，北京，科學(xue)出版(ban)社(she)
[2] 本文(wen)圖片(pian)來源于公(gong)開(kai)資料(liao)，北(bei)國咨整理。
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