合(he)成(cheng)(cheng)生(sheng)(sheng)物學(xue)（Synthetic Biology）被視為繼(ji)“DNA雙螺旋結(jie)構(gou)的發現”和“人類(lei)基(ji)因組計(ji)劃”后第三次生(sheng)(sheng)物技術革命，融合(he)了生(sheng)(sheng)命科學(xue)、工程學(xue)、基(ji)因組學(xue)、信息學(xue)、數(shu)學(xue)、化學(xue)、計(ji)算機科學(xue)等諸多學(xue)科，在(zai)醫藥、能源、材(cai)料、化工、農業等領域具有極其廣闊的應用前(qian)(qian)景(jing)，已成(cheng)(cheng)為世界(jie)各國科技競爭主(zhu)戰場之(zhi)一。總(zong)體(ti)而言(yan)，合(he)成(cheng)(cheng)生(sheng)(sheng)物學(xue)可(ke)概括為通過構(gou)建(jian)具有期(qi)望功(gong)能的生(sheng)(sheng)物系(xi)統(tong)，生(sheng)(sheng)產(chan)各種人類(lei)需要的物品。本期(qi)我(wo)們(men)走(zou)近合(he)成(cheng)(cheng)生(sheng)(sheng)物學(xue)，一探它的“前(qian)(qian)世今生(sheng)(sheng)”。
圖1 三次生物技術(shu)革命
追本求源：合成生物學的歷程變遷
合成(cheng)生(sheng)物(wu)(wu)學自概念提(ti)出到現在發展(zhan)歷史(shi)已超(chao)百年。最早(zao)可(ke)溯源至19世(shi)紀中葉(xie)合成(cheng)化(hua)學的(de)出現打破無機物(wu)(wu)和(he)有(you)機物(wu)(wu)的(de)界限，推(tui)翻“生(sheng)命力論”,顛(dian)覆了人類對生(sheng)命體(ti)（動(dong)物(wu)(wu)、植物(wu)(wu)、微生(sheng)物(wu)(wu)等）的(de)認知。此后(hou)，“細胞學說”“生(sheng)物(wu)(wu)化(hua)學”“遺傳學說”等相繼(ji)提(ti)出，人類從(cong)細胞層(ceng)面、分(fen)子層(ceng)面實現對生(sheng)命體(ti)認識的(de)飛躍，合成(cheng)生(sheng)物(wu)(wu)學亦隨之演化(hua)。總體(ti)看，合成(cheng)生(sheng)物(wu)(wu)學發展(zhan)歷程大致(zhi)可(ke)分(fen)為三(san)大階段：
圖2 合成生物學發展歷程
縱觀學科起(qi)源和(he)(he)發(fa)展(zhan)(zhan)歷程(cheng)，合成生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)學的(de)崛(jue)起(qi)以其鮮明的(de)“工(gong)(gong)(gong)程(cheng)學本質”特征，顛(dian)覆了以發(fa)現描述和(he)(he)定性(xing)分析為主(zhu)的(de)傳統(tong)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)學研究范式，除對原有(you)(you)生(sheng)(sheng)(sheng)命(ming)科學與(yu)代(dai)謝工(gong)(gong)(gong)程(cheng)的(de)“延(yan)長線”式發(fa)展(zhan)(zhan)外(wai)，更是將原有(you)(you)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)技術(shu)上升到(dao)了工(gong)(gong)(gong)程(cheng)化、系統(tong)化和(he)(he)標準化的(de)高度，開啟了可定量、可計算(suan)、可預測及工(gong)(gong)(gong)程(cheng)化的(de)新(xin)時(shi)代(dai)[1]。
洞若觀火：合成生物相關概念辨析
從技(ji)(ji)(ji)術(shu)演變看，生(sheng)物(wu)技(ji)(ji)(ji)術(shu)、合成生(sheng)物(wu)技(ji)(ji)(ji)術(shu)與基因(yin)編輯技(ji)(ji)(ji)術(shu)存在包含與被包含的關系。
圖3 合成生(sheng)物(wu)技(ji)(ji)術(shu)與生(sheng)物(wu)技(ji)(ji)術(shu)、基因(yin)編輯技(ji)(ji)術(shu)關系圖
從(cong)產業范(fan)疇(chou)看，合(he)成生(sheng)(sheng)物(wu)學是(shi)(shi)生(sheng)(sheng)物(wu)制造(zao)最重要(yao)的底層技術(shu)之一(yi)，生(sheng)(sheng)物(wu)制造(zao)是(shi)(shi)合(he)成生(sheng)(sheng)物(wu)技術(shu)的主要(yao)應用(yong)場景。合(he)成生(sheng)(sheng)物(wu)制造(zao)隸屬于(yu)生(sheng)(sheng)物(wu)制造(zao)，與(yu)生(sheng)(sheng)物(wu)醫藥(yao)產業存在交叉重疊(die)的關(guan)系(xi)。
圖4 合成生(sheng)(sheng)物制(zhi)造與(yu)生(sheng)(sheng)物制(zhi)造、生(sheng)(sheng)物醫藥(yao)關系圖
本期結語
合(he)成生物(wu)(wu)學(xue)作為(wei)新興學(xue)科提出時日不(bu)長(chang)、涉(she)及領(ling)域(yu)廣，其定義(yi)仍見仁(ren)見智、尚未形成共(gong)識(shi)。在此，我(wo)們引用科技(ji)部“合(he)成生物(wu)(wu)學(xue)”重點(dian)專(zhuan)項(xiang)項(xiang)目申報(bao)指南中的定義(yi)進(jin)(jin)行總結：“合(he)成生物(wu)(wu)學(xue)是以工程化設(she)計理(li)念，對生物(wu)(wu)體進(jin)(jin)行有(you)目標的設(she)計、改(gai)造乃(nai)至重新合(he)成”。
結(jie)合合成生(sheng)物制造(zao)流程(cheng)來看，其(qi)本質(zhi)就是“細胞(bao)工(gong)廠(chang)”，通(tong)(tong)過(guo)(guo)基因(yin)技(ji)術(shu)(shu)編(bian)輯底盤細胞(bao)，將(jiang)生(sheng)物碳基原料置于(yu)底盤細胞(bao)中進行發酵，之(zhi)后采用多種(zhong)技(ji)術(shu)(shu)將(jiang)發酵產品(pin)從發酵液或者(zhe)細胞(bao)中分離(li)、純化出來，在達到特定標準后制成產品(pin)。更通(tong)(tong)俗地理解，底盤細胞(bao)相當于(yu)奶牛，各(ge)種(zhong)原料相當于(yu)低價值(zhi)(zhi)的(de)草料，通(tong)(tong)過(guo)(guo)改(gai)造(zao)優化過(guo)(guo)的(de)底盤細胞(bao)，添加低廉原料后經過(guo)(guo)發酵等一(yi)系列工(gong)藝產生(sheng)的(de)高價值(zhi)(zhi)的(de)化學或生(sheng)物產品(pin)。
圖(tu)5 合成生(sheng)物制造(zao)流(liu)程
總體(ti)看，合成(cheng)生(sheng)物學突破了生(sheng)物體(ti)的(de)自然局(ju)限，使(shi)其擁有滿足人類需求的(de)生(sheng)物功能，可利(li)用(yong)(yong)高(gao)效能量和(he)高(gao)效物質合成(cheng)的(de)能力(li)，解(jie)決(jue)人類面臨的(de)食品缺乏(fa)、能源(yuan)緊缺、環(huan)境污染、醫(yi)療健康等(deng)(deng)多(duo)方(fang)面的(de)問(wen)題。目(mu)前，政產學研各方(fang)均(jun)在共(gong)同努(nu)力(li)，持續發(fa)力(li)加(jia)速(su)合成(cheng)生(sheng)物學底(di)層和(he)共(gong)性(xing)技(ji)術突破，力(li)促其轉化(hua)應用(yong)(yong)和(he)產業化(hua)發(fa)展，我們期待合成(cheng)生(sheng)物學未來(lai)在科技(ji)、產業、社會、生(sheng)態(tai)等(deng)(deng)領域創(chuang)造更高(gao)的(de)價值(zhi)。下一期，我們將對國(guo)內外合成(cheng)生(sheng)物學戰略部署和(he)產業謀劃等(deng)(deng)情況(kuang)進行追蹤。
參考資料
[1] 《中國合(he)成生物學2035發展戰略》，北京，科學出版(ban)社(she)
[2] 本(ben)文圖片來源于(yu)公開資料(liao)，北國咨整理。
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