中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊 近年來(lái)，隨著基因組“讀”“寫”“編”能力的提升，以及人工智能的助力，生命系統(tǒng)“計(jì)算”和“設(shè)計(jì)”的理論和技術(shù)不斷突破，使得人們對(duì)生命系統(tǒng)的研究逐漸逼近可定量、可預(yù)測(cè)、可合成的理想高度。生物制造、生物醫(yī)藥、生物農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用解決方案也在持續(xù)迭代和突破，合成生物學(xué)的創(chuàng)新生態(tài)從學(xué)科發(fā)展到產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的會(huì)聚研究過(guò)程中不斷完善，其對(duì)人類社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的賦能潛質(zhì)日益凸顯。這種通過(guò)合成生物學(xué)賦能改變社會(huì)生產(chǎn)力乃至生活方式的態(tài)勢(shì)，具有前所未有的深度和廣度，必然與原有的社會(huì)經(jīng)濟(jì)與文化環(huán)境產(chǎn)生沖突，要求我們適時(shí)適地調(diào)整或重構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)與治理體系。在推動(dòng)合成生物學(xué)發(fā)展的同時(shí)，必須規(guī)范研究范疇、明確倫理底線，確保研究成果能夠順利賦能生命科學(xué)研究和生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的健康、快速發(fā)展，最終造福國(guó)家和人民。

“建物致知”的深入，開啟理解生命的新途徑

合成生物學(xué)基礎(chǔ)研究的深入與使能技術(shù)的創(chuàng)新相輔相成，兩者的融合不斷提升“建物致知”的能級(jí)。一方面，實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化水平的提升、人工智能的運(yùn)用使基于黑箱模型的生命系統(tǒng)設(shè)計(jì)與構(gòu)建能力得到顯著進(jìn)步，為解析結(jié)構(gòu)相變、功能涌現(xiàn)的原理提供了關(guān)鍵線索。另一方面，跨層級(jí)的功能涌現(xiàn)研究逐步向系統(tǒng)化、定量化邁進(jìn)，又促進(jìn)了假說(shuō)驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)研究范式的深度融合，加深了對(duì)生命系統(tǒng)復(fù)雜性的理解。

脫氧核糖核酸（DNA）存儲(chǔ)能力的增強(qiáng)，是基因組“讀”“寫”技術(shù)的綜合體現(xiàn)。近年來(lái)，研究人員已將10幅敦煌壁畫信息寫入DNA中，并利用基于德布萊英圖理論設(shè)計(jì)的序列重建方法解決了DNA斷裂等問(wèn)題。通過(guò)光遺傳學(xué)技術(shù)的運(yùn)用，已經(jīng)可以捕獲空間信息，并將信息作為輸入信號(hào)儲(chǔ)存到活細(xì)胞的DNA。2023年，國(guó)際“酵母基因組合成計(jì)劃”（Sc2.0計(jì)劃）已經(jīng)完成酵母16條染色體和1條特殊設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸（tRNA）全新染色體的設(shè)計(jì)與合成。

隨著人工智能的廣泛運(yùn)用，在加速基因組“讀”“寫”“編”能力的同時(shí)，開辟了分子建模和預(yù)測(cè)的新方向，提高了元件設(shè)計(jì)的效率和精準(zhǔn)度，拓展了新型生物元件開發(fā)的空間。從頭開始的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一種成熟且實(shí)用的工具，并廣泛運(yùn)用于酶和蛋白的定制設(shè)計(jì)中；機(jī)器學(xué)習(xí)的引入為序列、結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)聯(lián)構(gòu)建提供了深入的理解，推動(dòng)基于結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)算法取得顯著進(jìn)步。例如，擴(kuò)散模型此前主要用于基于文本生成圖像的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，如今該算法已擴(kuò)展到生物學(xué)領(lǐng)域，用于從海量的真實(shí)結(jié)構(gòu)中識(shí)別并消除噪聲、辨別結(jié)構(gòu)元素；人工智能公司DeepMind發(fā)布的新一代模型AlphaFold-latest，能夠?qū)崿F(xiàn)配體（小分子）、蛋白質(zhì)、核酸、翻譯后修飾的生物分子等結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，另一模型AlphaMissense則能夠利用蛋白質(zhì)序列和結(jié)構(gòu)信息，識(shí)別致病的錯(cuò)義突變和未知的致病基因序列。

在賦能元件設(shè)計(jì)的同時(shí)，人工智能與自動(dòng)化平臺(tái)的結(jié)合極大地增強(qiáng)了理性設(shè)計(jì)的能力。這些使能技術(shù)不僅提升了發(fā)現(xiàn)全新無(wú)機(jī)化合物的能力，而且顯著提升了化合物的合成速度和準(zhǔn)確性。與以往需要數(shù)月才能完成的合成相比，集成平臺(tái)可將工作時(shí)間縮短至1天。

“建物致用”的拓展，為人類社會(huì)的全面發(fā)展提供強(qiáng)大動(dòng)力

合成生物學(xué)相關(guān)工具和技術(shù)的應(yīng)用為化工、材料、醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等諸多領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)了全新的解決方案。

生物制造領(lǐng)域的應(yīng)用

近年來(lái)，生物制造成為各國(guó)共同關(guān)注并大力發(fā)展的領(lǐng)域。2023年，我國(guó)《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中明確提出“推動(dòng)合成生物學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，突破生物制造菌種計(jì)算設(shè)計(jì)、高通量篩選、高效表達(dá)、精準(zhǔn)調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)”。美國(guó)發(fā)布《推動(dòng)生物技術(shù)和生物制造創(chuàng)新以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)、安全和可靠的美國(guó)生物經(jīng)濟(jì)》行政令，提出發(fā)展可持續(xù)、安全和有保障的生物經(jīng)濟(jì)，并啟動(dòng)超過(guò)20億美元支持生物技術(shù)和生物制造的國(guó)家計(jì)劃。

生物基化學(xué)品與生物材料作為生物制造的核心產(chǎn)品，其原料來(lái)源廣泛，包括纖維素、農(nóng)業(yè)廢棄物、二氧化碳等，在可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。2023年，研究人員利用多重CRISPR基因編輯技術(shù)，成功改良了木質(zhì)原料的木質(zhì)素成分和木材特性，為生物制造領(lǐng)域提供了更多可持續(xù)利用的原材料。同時(shí)，預(yù)處理和發(fā)酵流程的綜合優(yōu)化，使得木薯皮廢料能高效轉(zhuǎn)化為生物基材料。值得一提的是，我國(guó)研究人員在全球范圍內(nèi)率先利用合成生物技術(shù)耦合化學(xué)催化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成。

在原料開發(fā)取得突破的同時(shí)，生物基產(chǎn)品的開發(fā)也取得令人矚目的進(jìn)展。例如，Conagen公司實(shí)現(xiàn)了99%純度的紅景天苷、高純度的蘿卜硫素、維生素K2、二氫白藜蘆醇以及稀有染料骨螺紫等的商業(yè)化生產(chǎn)；LanzaTech公司等利用無(wú)細(xì)胞制造、二氧化碳生物轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了高值化學(xué)品的生產(chǎn)。

醫(yī)藥健康領(lǐng)域的應(yīng)用

在醫(yī)藥健康領(lǐng)域，合成生物學(xué)的運(yùn)用賦能了工程化智能細(xì)胞、活菌療法、基因治療、新型疫苗、新型診斷、藥物合成等多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展。

合成生物學(xué)與人工智能的融合運(yùn)用，為患者提供了更有效、精確和個(gè)性化的治療方案。基于理性設(shè)計(jì)的診治中： 在底盤細(xì)胞利用方面，研究人員成功利用腫瘤定植菌引導(dǎo)并增強(qiáng)了嵌合抗原受體T細(xì)胞（CAR-T細(xì)胞）的募集，新型工程菌已用于直腸癌和腸道癌檢測(cè)； 在細(xì)胞與基因治療方面，Beam Therapeutics公司的基因編輯藥物、Codagenix公司的工程化細(xì)胞療法、Synlogic公司的工程菌等產(chǎn)品已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，英國(guó)藥品和醫(yī)療保健產(chǎn)品監(jiān)管局（MHRA）與美國(guó)食品藥品管理局（FDA）先后批準(zhǔn)了Vertex Pharmaceuticals公司和CRISPR Therapeutics公司研究開發(fā)的CRISPR/Cas9基因編輯療法Casgevy的上市。

在藥物研發(fā)、臨床應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化方面，青蒿酸的人工細(xì)胞工廠合成堪稱21世紀(jì)初奠定合成生物學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)并展示其賦能生物技術(shù)潛力的標(biāo)志性成果。此后，由于這一領(lǐng)域巨大的潛在應(yīng)用前景及實(shí)現(xiàn)突破面臨的重大挑戰(zhàn)，天然化合物人工細(xì)胞工廠合成逐漸成為合成生物學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，創(chuàng)新成果層出不窮。例如，研究人員通過(guò)構(gòu)建高產(chǎn)萜類化合物的解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica），使角鯊烯的滴度增加了1300倍。Amyris公司開發(fā)的半生物合成疫苗級(jí)角鯊烯的方法，不僅達(dá)到千克級(jí)的合成要求，產(chǎn)物質(zhì)量完全符合《歐洲藥典》標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)外一批制藥企業(yè)，如Double Rainbow公司、Demetrix公司、伊犁川寧生物技術(shù)股份有限公司、普利制藥股份有限公司等，也實(shí)現(xiàn)了天麻素、醫(yī)用大麻素、紅景天苷等產(chǎn)品的商業(yè)化生產(chǎn)。

紫杉醇生物合成途徑解析和合成方面的進(jìn)展是通過(guò)人工底盤細(xì)胞重構(gòu)并解析復(fù)雜天然化合物生物合成途徑方面“建物致知”策略的成功案例，也將為天然化合物合成生物制造開辟“建物致用”的新前景。紫杉醇是人類迄今為止開發(fā)的最有效的、來(lái)自天然植物產(chǎn)物的抗癌藥物之一，其異常復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其生物合成途徑解析研究進(jìn)展緩慢。在過(guò)去數(shù)十年里，歐美國(guó)家解析了其生物合成途徑中涉及的多個(gè)細(xì)胞色素P450單加氧酶、酰基轉(zhuǎn)移酶和變位酶等，但仍因部分關(guān)鍵功能基因的缺位，導(dǎo)致其全路徑生物合成解析未能完成。經(jīng)過(guò)10余年堅(jiān)持不懈的努力，我國(guó)科學(xué)家利用酵母和煙草底盤細(xì)胞合成平臺(tái)，匯聚有機(jī)化學(xué)和計(jì)算科學(xué)，整合基因組學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)的技術(shù)手段，成功挖掘并表征了部分已知生物元件的新功能，發(fā)現(xiàn)并解析了若干新的關(guān)鍵催化酶，實(shí)現(xiàn)了紫杉醇核心骨架的完整生物路線解析，并在煙草中通過(guò)最少基因?qū)崿F(xiàn)了生物合成。這些研究突破為闡明完整的紫杉醇生物合成途徑奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

食品領(lǐng)域的應(yīng)用

利用合成生物學(xué)技術(shù)，可以設(shè)計(jì)和構(gòu)建出具有高效合成特定食品原料或組分能力的細(xì)胞工廠，確保食品的高質(zhì)量供給，降低對(duì)環(huán)境資源的依賴和使用，不僅提高了生產(chǎn)效率，還能改良食品的營(yíng)養(yǎng)與風(fēng)味。未來(lái)，合成生物技術(shù)的進(jìn)步有望提升包括透明質(zhì)酸、母乳寡糖等天然產(chǎn)物的生產(chǎn)能力，從而推動(dòng)營(yíng)養(yǎng)成分產(chǎn)量的提升，突破工藝瓶頸。同時(shí)，隨著質(zhì)構(gòu)仿真、營(yíng)養(yǎng)優(yōu)化、風(fēng)味調(diào)節(jié)等方面的技術(shù)進(jìn)步，新植物資源食品在營(yíng)養(yǎng)、風(fēng)味與口感等多方面都將得到優(yōu)化和提升。

植物肉作為更環(huán)保低碳的蛋白質(zhì)來(lái)源，正逐漸受到食品行業(yè)的關(guān)注。研究人員發(fā)現(xiàn)，植物蛋白經(jīng)過(guò)物理交聯(lián)轉(zhuǎn)化為微凝膠后，其潤(rùn)滑性得到顯著提升，改善了植物肉的口感。研究人員利用僅編輯已有基因、無(wú)需引入外源基因的策略，成功培育出能夠自身產(chǎn)生生長(zhǎng)因子的牛肌肉細(xì)胞。多家企業(yè)已成功推出獲批上市的產(chǎn)品，包括Eat Just公司研發(fā)的細(xì)胞培養(yǎng)雞肉、Remilk公司推出的無(wú)動(dòng)物牛奶“Cow-Free”、Solar Foods公司利用微生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)的替代蛋白Solein?等。

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

合成生物學(xué)技術(shù)有望解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)面臨的資源限制和生產(chǎn)瓶頸，提供革命性的解決方案，如改善光合作用效率、生物固氮能力、生物抗逆性、生物催化問(wèn)題等。同時(shí)，創(chuàng)制高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的新品種和開發(fā)節(jié)能減排、安全環(huán)保的新工藝，培育和推動(dòng)細(xì)胞農(nóng)業(yè)、低碳農(nóng)業(yè)和智能農(nóng)業(yè)等新業(yè)態(tài)發(fā)展。

在作物育種方面，合成生物學(xué)的方法為育種學(xué)家?guī)?lái)了夢(mèng)寐以求的研究突破，即顯著提升了光合效率。盡管光合作用需要光，但當(dāng)光強(qiáng)超過(guò)光合作用所能利用的量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高能自由基，導(dǎo)致光破壞；植物在自然選擇中進(jìn)化出一種光保護(hù)機(jī)制，通過(guò)以熱的形式耗散光能來(lái)減輕光破壞。然而，這種機(jī)制對(duì)于作物產(chǎn)量會(huì)產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)，這是因?yàn)榇筇镏腥~片接收的光照時(shí)刻在變化，當(dāng)作物從高光轉(zhuǎn)到低光時(shí)，光保護(hù)轉(zhuǎn)換速度會(huì)限制作物的光合效率及產(chǎn)量。針對(duì)這一問(wèn)題，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)研究人員利用合成生物學(xué)的方法，通過(guò)過(guò)表達(dá)影響光能熱耗散的3個(gè)基因，成功加快了在光強(qiáng)變化時(shí)植物光保護(hù)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變速度，并首先在煙草中實(shí)現(xiàn)光合效率、生物量及產(chǎn)量的提升。此后，該技術(shù)在大豆中進(jìn)行應(yīng)用，又實(shí)現(xiàn)20%以上的大豆增產(chǎn)，在產(chǎn)量最高的區(qū)域增產(chǎn)達(dá)33%，并且沒有影響大豆質(zhì)量。鑒于光保護(hù)機(jī)制在高等植物中的高度保守性，該改造策略被認(rèn)為是當(dāng)代作物增產(chǎn)的一條通用途徑。盡管在煙草、大豆中，改造光保護(hù)機(jī)制提高了光合效率、生物量及產(chǎn)量，但在一些植物中并沒有產(chǎn)生預(yù)期的增產(chǎn)效果。因此，針對(duì)光保護(hù)機(jī)制的研究已經(jīng)成為當(dāng)前植物合成生物學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)之一。2023年，我國(guó)研究人員開發(fā)的大片段DNA精準(zhǔn)定點(diǎn)插入新工具PrimeRoot，該工具實(shí)現(xiàn)了在水稻和玉米中長(zhǎng)達(dá)11.1×103個(gè)堿基對(duì)的大片段DNA高效且精準(zhǔn)的定點(diǎn)插入，其效率可達(dá)6%。此外，研究人員還利用合成生物學(xué)技術(shù)，將水稻種子的油脂含量從2.3%提升至11.7%，單粒種子油脂含量提升至1毫克。

在產(chǎn)品上市審批方面，2023年，英國(guó)政府頒布的《基因技術(shù)（精準(zhǔn)育種）法案》允許在英格蘭地區(qū)使用基因編輯等技術(shù)改變生物體的遺傳密碼，使植物獲得抗旱、抗病等能力；同時(shí)，該方案也允許通過(guò)基因編輯等技術(shù)對(duì)動(dòng)物進(jìn)行精準(zhǔn)育種。這些經(jīng)過(guò)精準(zhǔn)育種技術(shù)培育的動(dòng)物、植物將不再受到英國(guó)對(duì)基因改造生物（GMOs）監(jiān)管要求的約束，標(biāo)志著歐洲在基因編輯和精準(zhǔn)育種領(lǐng)域政策的重要轉(zhuǎn)變。2023年底，我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的第732號(hào)公告與739號(hào)公告中，包括51個(gè)轉(zhuǎn)基因玉米、轉(zhuǎn)基因大豆品種等通過(guò)國(guó)家品種審定，并首次批準(zhǔn)發(fā)放了26家企業(yè)的轉(zhuǎn)基因玉米、大豆種子生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)許可證。這一系列舉措標(biāo)志著我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化種植即將進(jìn)邁入新的階段，有望推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科技創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展。

環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用

元件進(jìn)化、單細(xì)胞重構(gòu)、合成微生物組等應(yīng)用，為應(yīng)對(duì)當(dāng)前環(huán)境挑戰(zhàn)提供了強(qiáng)有力的解決方案，并為開發(fā)生物傳感器、提高生物修復(fù)效能提供了重要支撐。

聚對(duì)苯二甲酸乙酯（PET）是一種常見但不易自然降解的塑料，廣泛應(yīng)用于制造塑料瓶和紡織品。研究人員成功開發(fā)出全細(xì)胞生物催化劑，能夠利用快速生長(zhǎng)、無(wú)致病性、中等嗜鹽性的營(yíng)養(yǎng)弧菌，在海水環(huán)境中解聚PET。此外，研究人員還創(chuàng)新設(shè)計(jì)了馬鈴薯劑量開關(guān)，利用植物的天然DNA損傷反應(yīng)機(jī)制來(lái)產(chǎn)生熒光輸出，構(gòu)建的植物傳感器可用于檢測(cè)低劑量的電離輻射。

目前，生物合成產(chǎn)品的環(huán)境釋放案例尚不多見，其中一個(gè)典型代表是Oxitec公司研發(fā)的轉(zhuǎn)基因蚊。該轉(zhuǎn)基因蚊釋放的審批過(guò)程涉及釋放的環(huán)境評(píng)估、釋放地政府的嚴(yán)格審查，包括技術(shù)的科學(xué)評(píng)估及釋放區(qū)域的公眾參與等。從整體上看，基于合成生物學(xué)的環(huán)境檢測(cè)與生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用在廣泛性、空間適應(yīng)性、生物安全等方面仍面臨挑戰(zhàn)。未來(lái)的應(yīng)用與發(fā)展需要更加關(guān)注生物傳感與環(huán)境檢測(cè)、污染物多靶點(diǎn)和細(xì)胞毒性評(píng)價(jià)、微生物改造和污染物生物降解、人工多細(xì)胞系統(tǒng)構(gòu)建和生物修復(fù)等方面。

在環(huán)境評(píng)估方面，歐盟委員會(huì)聯(lián)合研究中心對(duì)98種新興生物基材料及其對(duì)應(yīng)的化石基材料進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果顯示，生物基材料的碳足跡比化石基材料平均降低了45%，但沒有任何材料制作的產(chǎn)品能達(dá)到凈零排放的要求，且生物基產(chǎn)品還存在增加土地富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)這一發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)了全面評(píng)估單個(gè)生物基產(chǎn)品環(huán)境可持續(xù)性的重要性。另外，對(duì)遺傳改造生物的環(huán)境釋放監(jiān)管應(yīng)采取審慎的態(tài)度，需要系統(tǒng)分析種群動(dòng)態(tài)及多樣性、種群范圍、宿主行為、生物學(xué)等因素。為滿足實(shí)驗(yàn)室研究、實(shí)地研究、釋放準(zhǔn)備等不同階段的精細(xì)化監(jiān)管要求，應(yīng)構(gòu)建更加綜合且全面的環(huán)境評(píng)估體系。

會(huì)聚生態(tài)的構(gòu)建，為合成生物學(xué)的賦能提供創(chuàng)新環(huán)境

發(fā)展現(xiàn)狀

為了推動(dòng)生物技術(shù)革命，提升人類自身能力，并充分釋放合成生物學(xué)賦能的潛質(zhì)，需要重新審視目前的研發(fā)體系，革新現(xiàn)有的組織管理模式，并促進(jìn)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的建立。這樣才能確保產(chǎn)—學(xué)—研的合作機(jī)制、監(jiān)管政策等與合成生物學(xué)領(lǐng)域的會(huì)聚特點(diǎn)與賦能潛質(zhì)相契合。

為推動(dòng)未來(lái)生物經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，歐美各國(guó)紛紛制定合成生物學(xué)發(fā)展路線圖，以加強(qiáng)該領(lǐng)域的戰(zhàn)略布局。美國(guó)于2023年發(fā)布《生物技術(shù)與生物制造宏大目標(biāo)》，以響應(yīng)2022年美國(guó)總統(tǒng)簽署的行政令。該報(bào)告在優(yōu)化氣候變化解決方案、提升食品生產(chǎn)供給能力、提高產(chǎn)業(yè)鏈與供應(yīng)鏈彈性、促進(jìn)生命健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展及推進(jìn)交叉領(lǐng)域發(fā)展5個(gè)核心領(lǐng)域，提出49個(gè)具體目標(biāo)和21個(gè)發(fā)展方向。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，該報(bào)告明確提出：20年內(nèi)，生物基替代品至少取代90%以上的塑料和商業(yè)聚合物的使用；通過(guò)生物制造方式滿足至少30%的化學(xué)品需求；利用合成生物學(xué)、生物制造和工程化生物的手段擴(kuò)大細(xì)胞療法規(guī)模，并將制造成本降低10倍；在5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)100萬(wàn)種微生物的基因組測(cè)序，并至少了解80%新發(fā)現(xiàn)基因的功能。

為實(shí)現(xiàn)生物經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略目標(biāo)，除技術(shù)研發(fā)外，構(gòu)建合理的治理體系同樣至關(guān)重要。與基因工程技術(shù)相比，合成生物學(xué)的會(huì)聚程度更高、賦能能力更強(qiáng)；利用合成生物學(xué)技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品的類型更多，涉及的產(chǎn)業(yè)類型更廣；產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)更精準(zhǔn)，具有更高階的關(guān)鍵工藝參數(shù)，或需要更先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，這也使得產(chǎn)品的安全性、穩(wěn)定性、一致性測(cè)試或評(píng)價(jià)的傳統(tǒng)規(guī)范或理念受到挑戰(zhàn)。因此，合成生物學(xué)時(shí)代的監(jiān)管面臨越來(lái)越多、越來(lái)越復(fù)雜的難題，需要分門別類地對(duì)各領(lǐng)域的知識(shí)產(chǎn)權(quán)、標(biāo)準(zhǔn)體系、倫理審查、安全指南、產(chǎn)品準(zhǔn)入、市場(chǎng)監(jiān)管等進(jìn)行分析，探索適用于不同應(yīng)用場(chǎng)景的協(xié)同機(jī)制。醫(yī)藥領(lǐng)域。細(xì)胞與基因治療產(chǎn)品因其在體內(nèi)具有一定的復(fù)制能力，需要完善的有效性（高期望性）、安全性（不確定性或高風(fēng)險(xiǎn)性）、穩(wěn)定性（一致性）的科學(xué)評(píng)價(jià)與監(jiān)管方法。FDA于2024年1月發(fā)布了關(guān)于《基因編輯療法和CAR-T療法開發(fā)指南》，該指南明確了FDA對(duì)使用加速批準(zhǔn)通道支持基因編輯療法開發(fā)的立場(chǎng)，闡述了對(duì)療法的化學(xué)、生產(chǎn)和控制（CMC），臨床前研究和臨床試驗(yàn)等多個(gè)方面的思考；同時(shí)，提供了關(guān)于CAR-T細(xì)胞產(chǎn)品的CMC、藥理學(xué)、毒理學(xué)與臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)的具體建議，以及針對(duì)表達(dá)多個(gè)轉(zhuǎn)基因元件的CAR-T細(xì)胞的效力、穩(wěn)定性研究與臨床監(jiān)測(cè)的細(xì)節(jié)建議。2021年，我國(guó)政府陸續(xù)發(fā)布了試行的相關(guān)指導(dǎo)原則，為免疫細(xì)胞治療與基因修飾細(xì)胞治療的相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)提供重要的配套政策支持，也為相關(guān)產(chǎn)品的審批和廣泛應(yīng)用提供了明確的指導(dǎo)和依據(jù)。食品領(lǐng)域。利用合成生物學(xué)技術(shù)生產(chǎn)的、原先已上市的植物來(lái)源或天然來(lái)源的食品原料成分，可能在食品原料雜質(zhì)檢測(cè)或評(píng)估等方面或與傳統(tǒng)方法有所不同。對(duì)該類產(chǎn)品的監(jiān)管既需要與現(xiàn)有監(jiān)管政策進(jìn)行銜接，也需要根據(jù)技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品特點(diǎn)適度加以更新。2023年10月，我國(guó)首次批準(zhǔn)母乳低聚糖（HMO）作為“食品營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑”，允許其添加到調(diào)制乳粉（僅限兒童用乳粉）、嬰兒配方食品、較大嬰兒和幼兒配方食品，以及特殊醫(yī)學(xué)用途嬰兒配方食品中。這將有助于推動(dòng)合成生物學(xué)在功能性食品添加劑領(lǐng)域的研發(fā)與創(chuàng)新，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

政策建議

為進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)合成生物學(xué)科技與產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，建議圍繞國(guó)家戰(zhàn)略需求，著眼國(guó)家未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)力，結(jié)合合成生物學(xué)領(lǐng)域發(fā)展規(guī)律和趨勢(shì)，制定相應(yīng)的中長(zhǎng)期規(guī)劃和發(fā)展路線圖，凝練關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，明確重點(diǎn)領(lǐng)域和優(yōu)先方向。

聚焦前沿，勇闖新路。研究不能總是跟著他人的腳步做延長(zhǎng)線的工作，而應(yīng)積極尋求創(chuàng)新和突破。可以利用定量合成生物學(xué)的手段，結(jié)合基于大數(shù)據(jù)的人工智能，推動(dòng)生命科學(xué)理論研究的發(fā)展。

需求牽引，突破瓶頸。從我國(guó)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)和生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求出發(fā)，組織實(shí)施以產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)需求為導(dǎo)向的重大科技任務(wù)攻關(guān)，重點(diǎn)攻克未來(lái)影響國(guó)家安全、影響國(guó)家重大戰(zhàn)略目標(biāo)的核心技術(shù)。

多方支持，打通全鏈。合成生物學(xué)技術(shù)要有效轉(zhuǎn)化為實(shí)際的生產(chǎn)力，不僅需要政府、企業(yè)、基金會(huì)等多方的支持與投入，還需要探索構(gòu)建項(xiàng)目、平臺(tái)、人才、資金等全要素一體化配置的創(chuàng)新服務(wù)體系，建立平臺(tái)化支撐、企業(yè)化管理、市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)的科技支撐和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化模式，營(yíng)造良好的科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生態(tài)環(huán)境，才能確保從技術(shù)研發(fā)的“最先一公里”到實(shí)際應(yīng)用的“最后一公里”能夠高效、順暢地銜接，真正實(shí)現(xiàn)合成生物學(xué)技術(shù)的價(jià)值轉(zhuǎn)化，促進(jìn)生產(chǎn)力提升。

（作者：熊燕、馬雪晴、陳大明，中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)；劉曉，中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所；趙國(guó)屏，中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所 中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心；編審：金婷；《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）