合(he)成(cheng)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)學(xue)(xue)(xue)（Synthetic Biology）被視為(wei)繼“DNA雙螺旋結構(gou)的(de)(de)(de)發(fa)現”和“人類(lei)基(ji)因組(zu)(zu)計劃”后(hou)第三次生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)技術革命(ming)，融合(he)了生(sheng)(sheng)(sheng)命(ming)科(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)、工程(cheng)學(xue)(xue)(xue)、基(ji)因組(zu)(zu)學(xue)(xue)(xue)、信息學(xue)(xue)(xue)、數學(xue)(xue)(xue)、化(hua)學(xue)(xue)(xue)、計算機科(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)等(deng)諸多學(xue)(xue)(xue)科(ke)(ke)，在醫藥、能源、材料、化(hua)工、農業(ye)等(deng)領域具(ju)(ju)有極其廣闊(kuo)的(de)(de)(de)應(ying)用前景(jing)，已(yi)成(cheng)為(wei)世界(jie)各國科(ke)(ke)技競爭主戰場之一。總體而言，合(he)成(cheng)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)學(xue)(xue)(xue)可概括為(wei)通過(guo)構(gou)建具(ju)(ju)有期(qi)望功能的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)系統，生(sheng)(sheng)(sheng)產各種人類(lei)需要的(de)(de)(de)物(wu)(wu)品。本(ben)期(qi)我們走(zou)近合(he)成(cheng)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)學(xue)(xue)(xue)，一探它(ta)的(de)(de)(de)“前世今生(sheng)(sheng)(sheng)”。
圖1 三次生物技術革命
追本求源：合成生物學的歷程變遷
合成(cheng)生物(wu)(wu)(wu)(wu)學自概念提出到現在(zai)發(fa)展(zhan)歷史已超百年。最早可(ke)溯源至19世紀中葉合成(cheng)化(hua)學的(de)出現打(da)破無機(ji)物(wu)(wu)(wu)(wu)和有(you)機(ji)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)界(jie)限，推(tui)翻“生命(ming)力(li)論”,顛覆了人(ren)類對生命(ming)體（動物(wu)(wu)(wu)(wu)、植物(wu)(wu)(wu)(wu)、微生物(wu)(wu)(wu)(wu)等(deng)）的(de)認知(zhi)。此后，“細胞(bao)學說”“生物(wu)(wu)(wu)(wu)化(hua)學”“遺傳學說”等(deng)相繼提出，人(ren)類從細胞(bao)層面(mian)、分子(zi)層面(mian)實現對生命(ming)體認識的(de)飛躍，合成(cheng)生物(wu)(wu)(wu)(wu)學亦(yi)隨之演化(hua)。總體看，合成(cheng)生物(wu)(wu)(wu)(wu)學發(fa)展(zhan)歷程大致可(ke)分為三大階段(duan)：
圖(tu)2 合成生物學(xue)發展(zhan)歷程(cheng)
縱觀學科(ke)(ke)起源(yuan)和(he)發(fa)展歷程(cheng)(cheng)，合成生(sheng)(sheng)物(wu)學的(de)(de)崛起以其鮮明的(de)(de)“工(gong)程(cheng)(cheng)學本質”特征(zheng)，顛覆了(le)以發(fa)現描述和(he)定性分析(xi)為主的(de)(de)傳統生(sheng)(sheng)物(wu)學研(yan)究范式，除對原有生(sheng)(sheng)命科(ke)(ke)學與代(dai)(dai)謝工(gong)程(cheng)(cheng)的(de)(de)“延(yan)長線”式發(fa)展外，更是將原有生(sheng)(sheng)物(wu)技術上升到了(le)工(gong)程(cheng)(cheng)化(hua)、系(xi)統化(hua)和(he)標準(zhun)化(hua)的(de)(de)高度，開(kai)啟了(le)可(ke)定量、可(ke)計算、可(ke)預(yu)測(ce)及工(gong)程(cheng)(cheng)化(hua)的(de)(de)新(xin)時代(dai)(dai)[1]。
洞若觀火：合成生物相關概念辨析
從(cong)技(ji)(ji)術(shu)(shu)演變看(kan)，生物(wu)技(ji)(ji)術(shu)(shu)、合成生物(wu)技(ji)(ji)術(shu)(shu)與基因編輯技(ji)(ji)術(shu)(shu)存在包含與被(bei)包含的關(guan)系。
圖(tu)3 合成(cheng)生物(wu)技術(shu)與生物(wu)技術(shu)、基因編輯技術(shu)關(guan)系圖(tu)
從產(chan)(chan)業范疇看，合成(cheng)生(sheng)(sheng)物(wu)學是(shi)生(sheng)(sheng)物(wu)制造(zao)最重要的(de)底(di)層技(ji)術之一(yi)，生(sheng)(sheng)物(wu)制造(zao)是(shi)合成(cheng)生(sheng)(sheng)物(wu)技(ji)術的(de)主要應用場景。合成(cheng)生(sheng)(sheng)物(wu)制造(zao)隸屬于生(sheng)(sheng)物(wu)制造(zao)，與生(sheng)(sheng)物(wu)醫(yi)藥產(chan)(chan)業存在交叉重疊的(de)關系。
圖4 合成生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)制造與生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)制造、生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)醫藥(yao)關系圖
本期結語
合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)生(sheng)物(wu)學(xue)(xue)作為(wei)新興學(xue)(xue)科提出時(shi)日不長、涉及領(ling)域廣，其定(ding)義(yi)仍(reng)見仁見智、尚未形成(cheng)(cheng)共識。在此(ci)，我(wo)們引(yin)用科技部(bu)“合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)生(sheng)物(wu)學(xue)(xue)”重點專項項目(mu)(mu)申(shen)報指南中的定(ding)義(yi)進行總結：“合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)生(sheng)物(wu)學(xue)(xue)是(shi)以工(gong)程化設計(ji)理念，對生(sheng)物(wu)體進行有目(mu)(mu)標的設計(ji)、改造(zao)乃至重新合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)”。
結(jie)合合成生物制造(zao)流程來(lai)看，其本質就(jiu)是(shi)“細(xi)(xi)胞(bao)工(gong)(gong)廠”，通(tong)過(guo)(guo)基(ji)因(yin)技(ji)術編輯底(di)盤(pan)細(xi)(xi)胞(bao)，將生物碳基(ji)原料(liao)(liao)置于(yu)(yu)底(di)盤(pan)細(xi)(xi)胞(bao)中(zhong)進(jin)行發酵(jiao)，之后采(cai)用多種技(ji)術將發酵(jiao)產品(pin)從發酵(jiao)液(ye)或(huo)者細(xi)(xi)胞(bao)中(zhong)分離、純化(hua)出來(lai)，在(zai)達(da)到特定標準(zhun)后制成產品(pin)。更通(tong)俗(su)地理解，底(di)盤(pan)細(xi)(xi)胞(bao)相(xiang)(xiang)當(dang)于(yu)(yu)奶牛(niu)，各(ge)種原料(liao)(liao)相(xiang)(xiang)當(dang)于(yu)(yu)低(di)價值(zhi)的(de)(de)(de)草料(liao)(liao)，通(tong)過(guo)(guo)改造(zao)優化(hua)過(guo)(guo)的(de)(de)(de)底(di)盤(pan)細(xi)(xi)胞(bao)，添加低(di)廉原料(liao)(liao)后經過(guo)(guo)發酵(jiao)等(deng)一系列工(gong)(gong)藝(yi)產生的(de)(de)(de)高價值(zhi)的(de)(de)(de)化(hua)學或(huo)生物產品(pin)。
圖5 合成生物制造(zao)流(liu)程
總體(ti)看，合(he)成(cheng)生(sheng)物學突破(po)了生(sheng)物體(ti)的自然(ran)局限(xian)，使其(qi)擁有滿足(zu)人類(lei)需求的生(sheng)物功能(neng)，可利用高效能(neng)量和(he)(he)高效物質合(he)成(cheng)的能(neng)力，解決(jue)人類(lei)面(mian)臨的食品缺乏、能(neng)源(yuan)緊缺、環境(jing)污(wu)染、醫療健康等多方面(mian)的問題。目前，政(zheng)產(chan)學研各方均在共同努(nu)力，持續發力加速(su)合(he)成(cheng)生(sheng)物學底層和(he)(he)共性技術(shu)突破(po)，力促其(qi)轉化應(ying)用和(he)(he)產(chan)業(ye)化發展，我(wo)們(men)期(qi)(qi)待合(he)成(cheng)生(sheng)物學未來在科技、產(chan)業(ye)、社會、生(sheng)態等領(ling)域創(chuang)造更(geng)高的價值。下一期(qi)(qi)，我(wo)們(men)將對(dui)國內外合(he)成(cheng)生(sheng)物學戰略部署和(he)(he)產(chan)業(ye)謀劃(hua)等情況進行追蹤。
參考資料
[1] 《中(zhong)國合(he)成生物學(xue)2035發展戰略》，北京，科學(xue)出(chu)版社
[2] 本文圖(tu)片來源于公開資(zi)料，北國咨整理(li)。
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