21世紀經濟報道記者武瑛港 海南博鰲報道 “今天的醫學、藥學，甚至物理、化學、計算機、信息科學和工程科技，都可以和生物學相關聯，這將成為生命科學集聚式發展的巨大引擎，提供巨大的推動力，最終集成的結果就是誕生了新的學科，即‘第三次生物技術革命’——合成生物學。”近日，在第十六屆西普會——中國健康產業（國際）生態大會上，中國科學院院士、上海交通大學生命科學技術學院名譽院長鄧子新在主題演講中表示。

鄧子新指出，合成生物學就像蓋房子，可以根據明確的需求，吸取前人的經驗，綜合考慮各個房間的功能，按所設計的藍圖進行備料、施工、裝修，必要時進行有的放矢的復修、改造或升級。

據了解，合成生物學是指通過對生物體進行有目標地設計、改造乃至重新合成，實現以合成生物為工具，進行加工與合成的生產制造方式。

合成生物學在現代生物學、化學、分子和細胞生物學、進化系統學、數學、物理學、計算機和工程學、信息學等基礎上，由多學科深度交叉融合發展而來，發展迄今，已在生物藥物、生物能源、生物材料、醫療技術以及探索生命規律等諸多領域取得了令人矚目的成就。

麥肯錫數據顯示，預計到2025年，合成生物學與生物制造的經濟價值將達到1000億美元，未來全球60%的物質生產可通過生物制造方式實現。預計在2030-2040年，合成生物學每年帶來的經濟價值將達到1.8至3.6萬億美元。

另據DeepTech公布的數據，截至2021年，中國合成生物學市場規模約為64.16億美元，較2020年增長39.38億美元。

聚焦未知的90%

在演講中鄧子新指出，自然篩選是藥物發現的傳統路徑，例如微生物和植物是很多重要天然藥物等大健康產品的源頭，多數藥物的發現和生產路徑都是找到生物產生的某個活性分子，確定化學結構以后，再誘變原始的生物通過發酵實現量產。

這一體系沿用至今，但是在生產過程中，會出現提取純化困難、產率產量低、浪費資源、污染環境等問題，另外，目前雖然發現和利用了很多藥物，但實際仍然無法面對疾病“危機四伏”的困擾，就像SARS、禽流感、埃博拉以及近期的新冠病毒，因為從微生物中找到一個新藥需要花費漫長的時間，同時藥物的使用又需要不斷更新換代以對抗病原菌不斷產生的抗性。

面對這一困境，據鄧子新介紹，科學家的觸角開始聚焦到極端環境，例如到海洋幾千米深處挖掘新的微生物資源，因為極端環境中的生物可能會產生人類尚未發現的新藥物分子。例如武漢大學最近從海洋與紅樹林共生的真菌資源中，發現了一種化合物，對三陰乳腺癌的治療活性可能優于紫杉醇。

“但是這些藥物的發現，其實仍然是整個微生物代謝產業中的滄海一粟、冰山一角，微生物代謝潛能遠遠沒有達到最大程度的釋放。”鄧子新表示，一個微生物可能擁有幾十個生物合成相關的基因簇，如果能找到這些基因簇，也就意味著可能找到幾十種藥物候選化合物，但是現在知道和利用的往往就只有一兩種，這些大量的隱性基因簇的深度挖掘是今后發現新藥的希望工程，全球很多實驗室都正在聚焦這未知的超過90%的資源，合成生物學則帶來了這樣的機會。

鄧子新指出，目前已經可以關聯基因和化合物結構之間的關系，原來依賴樣本篩選，現在可以通過制造一個高效底盤去高效表達這些隱性基因簇，甚至對未知生物來源的環境DNA（eDNA）進行系統的挖掘，表達出各種產物，進而助推新藥候選化合物發現，同時發現這些化合物對應的基因簇，進而提高基因誘變、重排、重組等手段，使其達到工業生產的目的。

據鄧子新介紹，目前合成生物學已經進入高速發展階段，分子生物學、組學、生物信息學、結構生物學等方方面面的技術發展，都在驅動合成生物學步入飛速發展的快車道。

其中代謝工程和組合生物合成是生物代謝產業合成生物學的重要基礎，例如人類很早就發現抗生素對應的合成基因都是成簇排列，構成基因簇，包括結構基因、調節基因、抗性基因等，進而使得后續研究變得相對容易，“現在可以做到很多原先想象不到的事。”

“就像我們現在可以針對不同菌株產生的同一類抗生素進行集成式的研究，找到它們之間生物合成的共性和規律性的機理，為了達到某一功能，把某個基因組去掉，換成另外的抗生素組分。還可以將各種不同類別的化合物，進行不同的排列組合，使得新藥設計像擺拼圖一樣，把基因在一個底盤細胞內設計好以后，實現批量合成藥物，就像分別從尼可霉素和多氧霉素拿出一部分，就可以得到一系列化合物，這些都屬于專利產品。”鄧子新表示。

據了解，合成生物有兩種途徑：一種是自上而下，包括利用代謝和基因工程技術賦予活細胞新的功能；一種是自下而上，直接創建新的生物元器件，并通過搭建元器件形成更為復雜的生物系統，直至創造人工細胞和人工多細胞生命體。

鄧子新進一步表示，化學家可以通過化學半合成方法對抗生素進行結構改造，而合成生物學家則可以找來合成某一類化合物的眾多菌種，針對不同菌株產生的同一類抗生素的生物合成途徑進行集成式的研究，找到它們之間合成的共性和規律性的機理。

例如慶大霉素、卡那霉素和安普霉素這類抗生素的合成無一例外地因為某個基因識別底物的可塑性形成多個平行途徑，合成生物學家就可以利用這種平行途徑，將不同部分的抗生素基因進行組合，在細胞內有的放矢地導向不同的平行合成途徑，就可以基于老藥來研發出具有新功能的新藥衍生物。再通過基因簇的重編程發現同類化合物的衍生物，例如通過慶大霉素、卡那霉素重編程可以產生。

“就像慶大霉素、卡那霉素組合之后，新的結構命名為慶卡霉素或卡慶大霉素，同理可以有慶普霉素或普卡霉素等等。這些新藥化合物可能有新的特性和作用，比如活性更強、所需劑量更低、毒副作用更弱、耐藥性也大大降低等。這些都是基于對生物合成基因分子水平的了解，使得合成生物學家可以對結構進行改造，今天的學科交融、技術匯聚和理念提升，還在不斷催生新的機遇。”鄧子新指出。

產業應用廣泛，市場快速發展

目前國內合成生物學產業正在快速發展，根據2022年中國合成生物學綠色應用與產業感知調研組梳理，2021年，合成生物學產業成為投資市場最火熱的賽道之一，據公開資料，2021年中國合成生物學獲得投融資16起，較2020年增長10起，獲得22.95億元的融資金額，較2020年增長1.36億元。

到2022年，合成生物學企業融資頻次和數額再創新高，據上述調研組不完全統計，2022年中國合成生物學企業融資頻次至少已經達到43起，融資金額已經超過66億元，創下了新的融資紀錄。

從融資用途來看，企業的融資主要用于布局醫藥健康、精細化學品、替代蛋白、美妝功能成分等產品的研發，也有用于大宗商品的大規模、產業化生產等研發。

到2023年，據中國科學院上海營養與健康研究所研究員熊燕分析，全球合成生物學方面投融資呈下降趨勢，2023年第一季度，全球合成生物學領域的初創公司籌集了約28億美元，是過去三年來同期最少的一個季度，這體現了投資走向理性、精準之路。

鄧子新表示，合成生物學的產業應用范圍非常廣，青蒿素即為經典案例。據了解，用人工酵母細胞合成生物學方法生產抗瘧藥原料青蒿酸，直接替代從天然植物提取的青蒿素，成本大幅降低，具有穩定而理想的低價優勢，可以產生足夠的數量來治療每年3~5億的瘧疾感染病例，是合成生物學領域目前最成功的產業化案例之一。

另外根據鄧子新介紹，通過合成生物技術中間體生產維生素E的湖北某企業，產值竟在一年間翻了十倍，一躍成為世界唯一利用合成生物中間體生產維生素E的生產廠商，在中國一舉實現維生素E先進完整產業鏈的跨越，填補了全球維生素E產業經濟安全、簡便高效、綠色環保的空白。

除了上述應用，由于合成生物學突破了天然藥物發現的瓶頸，通過設計新的生物合成途徑，可以產生更多天然藥物及類似物。還可以用于開發快速、靈敏的診斷試劑和體外診斷系統，滿足早篩查、臨床診斷、療效評價、治療預后、出生缺陷診斷等需求；將合成生物學原理與半導體技術融合，發展納米藥物傳導遞送，將為腫瘤、糖尿病等疾病的高效、精準治療提供多樣化的策略等。

上述調研組進一步指出，醫療健康行業是合成生物學影響最大的重要領域，上中下游均有覆蓋，包括細胞免疫療法、醫療耗材、體外檢測、藥物成分生產以及制藥用酶等諸多方向。

例如在細胞免疫療法領域，嵌合抗原受體T細胞、T細胞受體基因工程化的T細胞、腫瘤浸潤性淋巴細胞、嵌合抗原受體NK細胞等多種類型的細胞療法，正呈百花齊放的態勢。新冠疫苗的快速研發，同樣可見合成生物學技術的功勞。

由此看來，合成生物學所帶來的顛覆性變革，已經或正在不少領域上演。

但是在快速發展的同時，在鄧子新看來，近年來中國原始創新技術快速發展，但是獨辟蹊徑的技術仍然比較少，尤其在應用方面，例如基因編輯多使用國外技術，雖然今天沒有受限，但是如果未來中國這一產業發展壯大以后，會不會受限仍未可知。

鄧子新進一步表示，目前合成生物學在商業領域的應用前景引起全球各國的高度關注和資助，美英兩國尤為突出，相應的，美英兩國無論在合成生物學研究層面還是應用層面，都處于世界領先地位，與其相比，我國的差距仍非常明顯。形勢逼人，挑戰逼人，使命逼人。

但是鄧子新同時指出，合成生物學正在冉冉升起，并在顛覆傳統大健康產品的研發路徑，現在可以變得更主動，進而產生顛覆性創新。“總而言之，生物學家和工程師正在融合，可以看到合成生物學是一個工學的、生物理學的學科，能對生物體進行重新布線和編程，如果說今天這一學科仍處于嬰兒或者幼兒時期，那么可能用不了幾年就會進入成人期。”

“合成生物學可能推動一個產業的騰飛，為汽車提供綠色的能源，為我們提供健康的食品，還能推動癌癥診療，幫助解決重大醫學難題，相信合成生物學最終能夠改變我們的生活。”鄧子新表示。

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