合成生物開(kāi)啟“造物”新時(shí)代

□四川日?qǐng)?bào)全媒體記者 高杲名詞解釋合成生物學(xué)是以基因工程、系統(tǒng)生物學(xué)、計(jì)算機(jī)工程等多學(xué)科為基礎(chǔ)，采用工程化的設(shè)計(jì)理念，對(duì)生物體遺傳物質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)、改造乃至全新合成，從而打破物種界限，創(chuàng)造人工生命體。作為近年來(lái)異軍突起的新興前沿交叉學(xué)科，合成生物學(xué)被認(rèn)為是繼“DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)”和“人類基因組測(cè)序計(jì)劃”之后的第三次生物技術(shù)革命。將二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖和油，這不是什么科幻電影，而是近日發(fā)生在電子科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)一幕。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，科研人員通過(guò)合成生物等技術(shù)，成功以二氧化碳為原料合成了葡萄糖和油脂，不僅回收了二氧化碳，還產(chǎn)生了高附加值化學(xué)品，為人工和半人工合成“糧食”提供了新的技術(shù)。這不是合成生物技術(shù)第一次展示神奇的“超能力”，過(guò)去數(shù)年火熱的生物醫(yī)藥、人造肉、青蒿素、人造淀粉等產(chǎn)品，均可歸于該技術(shù)的落地。近年來(lái)，隨著基因編輯、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，合成生物引發(fā)了新的研究浪潮?？茖W(xué)家對(duì)這一前沿科學(xué)寄予厚望，他們希望通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)改善人類健康、應(yīng)對(duì)糧食危機(jī)、緩解全球變暖等人類共同面對(duì)的問(wèn)題。面對(duì)這片產(chǎn)業(yè)新藍(lán)海，各地都加速搶占合成生物新風(fēng)口。四川也在積極布局，在不久前的省委十二屆五次全會(huì)提到，要加強(qiáng)合成生物學(xué)、生物技術(shù)與信息技術(shù)融合等前沿生物技術(shù)研究，吹響了搶抓產(chǎn)業(yè)發(fā)展的號(hào)角。顛覆改變傳統(tǒng)思路，像搭積木一樣“創(chuàng)造”生命人造纖維、人造衛(wèi)星、人造材料……在我們的潛意識(shí)里，只要是人造的東西都是沒(méi)有生命的。人類真能“創(chuàng)造”出生命嗎？1996年，克隆羊“多利”的誕生，讓人類認(rèn)識(shí)到“人造生命”的可行性。但也有科研人員提出，克隆僅僅是“復(fù)制”了已有的生命體，還不是真正意義上的“創(chuàng)造”。隨著合成生物學(xué)的發(fā)展，“創(chuàng)造”生命這個(gè)看似天馬行空的想法正在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。2010年，科學(xué)家使用合成生物技術(shù)創(chuàng)造出了首個(gè)人工合成的單細(xì)胞生物，并將這個(gè)原本自然界中不存在的新生命命名為“辛西婭”，意為合成兒?！啊廖鲖I’的‘母親’不再是生物，而是人類計(jì)算機(jī)?！彪娮涌萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授湯麗霞說(shuō)，這顛覆了有關(guān)生命屬性的經(jīng)典認(rèn)識(shí)。“過(guò)去，我們是認(rèn)識(shí)生命、了解生命，現(xiàn)在是改造生命、設(shè)計(jì)生命?！睘榇?，她打了一個(gè)比方，通過(guò)合成生物技術(shù)，可以像用積木搭造城堡一樣，自由地“創(chuàng)造”自己所需的生命形式。“唯一的區(qū)別是，合成生物中積木不是塑料積木，而是DNA?！本拖褚活w石子投進(jìn)了平靜的湖面，人造“辛西婭”的出現(xiàn)，在合成生物領(lǐng)域泛起了一陣陣漣漪，讓更多科研人員投入相關(guān)研究中。2021年，在中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所，科學(xué)家宣布在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了從二氧化碳到淀粉的人工全合成，使淀粉生產(chǎn)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式向工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能。1年后，電子科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的課題組進(jìn)一步拓展，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為葡萄糖和油脂，該技術(shù)以封面文章的形式發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·催化》上。基礎(chǔ)科學(xué)研究的突破帶來(lái)了新技術(shù)、新方法，也為企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展提供新動(dòng)力?！拔磥?lái)有一天，利用二氧化碳來(lái)生產(chǎn)天然甜味劑是非常有希望的。”四川盈嘉合生科技有限公司是一家生物制造企業(yè)，公司利用合成生物技術(shù)制造天然活性成分。企業(yè)高級(jí)科學(xué)家李偉博士說(shuō)，合成生物學(xué)技術(shù)變革了傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式。他以企業(yè)生產(chǎn)的天然甜味劑為例，相較于傳統(tǒng)的植物提取方式，現(xiàn)在生產(chǎn)1公斤產(chǎn)品可節(jié)約耕地92%、減少碳排放80%、減少水資源浪費(fèi)90%，且大大縮短生產(chǎn)周期?！斑^(guò)去幾個(gè)月做的事現(xiàn)在幾天內(nèi)就能完成?！薄昂铣缮锛夹g(shù)的發(fā)展，還影響了我們的衣食住行?！睆臉I(yè)多年，成都大學(xué)食品與生物工程學(xué)院特聘研究員程杰有一個(gè)明顯的感受：合成生物產(chǎn)業(yè)化正在提速?！盁掍摃r(shí)產(chǎn)生的工業(yè)尾氣可以變成飼料，藻類可以改造成類似石油、煤炭一樣的能源……過(guò)去這些想都不敢想。”這一切的變化，源于基因編輯、人工智能兩大核心技術(shù)的突破?！捌渲校蚓庉嬏嵘撕铣缮锏目尚行?，人工智能加速了這種可行性進(jìn)程?！背探鼙硎?，隨著合成生物的發(fā)展，我們正進(jìn)入一個(gè)“萬(wàn)物皆可造”的時(shí)代。根據(jù)麥肯錫的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年，全球合成生物學(xué)與生物制造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值將達(dá)到1000億美元，未來(lái)全球60%的物質(zhì)生產(chǎn)可通過(guò)生物制造方式實(shí)現(xiàn)。難題除了技術(shù)、商業(yè)堵點(diǎn)，還有倫理、監(jiān)管等問(wèn)題此前引起轟動(dòng)的人工合成淀粉雖然“吸粉”無(wú)數(shù)，但卻鮮有人了解，背后是全球生物學(xué)家歷經(jīng)十多年的反復(fù)“試錯(cuò)”?！熬拖窠o你一堆積木，卻沒(méi)有圖紙告訴你拼成什么樣，怎么拼？”湯麗霞說(shuō)，基因編輯等技術(shù)不斷發(fā)展，使得合成能力大幅提升，但設(shè)計(jì)能力卻依舊有限，造成了合成生物學(xué)高度依賴海量“人工試錯(cuò)”的局面?！拔覀冃枰粡垺鼒D紙’，來(lái)解讀生命‘密碼’。”設(shè)計(jì)的目的是應(yīng)用，從實(shí)驗(yàn)室走向工廠，還有很長(zhǎng)的路要走。“首先要面對(duì)的難題是菌株的開(kāi)發(fā)。”李鎮(zhèn)江是四川省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計(jì)院副院長(zhǎng)，也是成都金開(kāi)生物工程有限公司董事長(zhǎng)，從事合成生物技術(shù)對(duì)食品改造工作多年。他談道，在實(shí)驗(yàn)室構(gòu)造的菌株產(chǎn)業(yè)化是一個(gè)很大的瓶頸?！坝行┚暝趯?shí)驗(yàn)室中效果很好，但是在實(shí)際生產(chǎn)中并不可行，面臨的環(huán)境和生產(chǎn)成本都不相同。”開(kāi)發(fā)菌株，只是產(chǎn)業(yè)化的第一步。適配的設(shè)備和工藝也是一個(gè)重要環(huán)節(jié)?！叭绻也坏竭m配性的工藝參數(shù)和反應(yīng)裝置條件，你的菌種沒(méi)辦法工程化放大，往下都沒(méi)你的事了?！崩铈?zhèn)江說(shuō)。要顛覆傳統(tǒng)，合成生物還要與傳統(tǒng)領(lǐng)域正面競(jìng)爭(zhēng)。以替代蛋白為例，就要面對(duì)畜牧業(yè)、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)。“成本還是偏高?！背探苷f(shuō)，比如人造肉的成本，往往是正常肉制品的幾倍甚至10多倍?！笆称肥侨粘１匦杵?，價(jià)格過(guò)高，很難市場(chǎng)化。”商業(yè)之外，合成生物仍然面臨法律、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、倫理、生物安全等諸多亟待厘清的問(wèn)題?！啊廖鲖I’問(wèn)世多年，質(zhì)疑聲依舊不斷，一些人認(rèn)為它帶來(lái)了無(wú)法預(yù)料的災(zāi)難?！贝送猓瑥臉I(yè)人士提到，合成生物并不是一個(gè)單獨(dú)的行業(yè)，具體的監(jiān)管、法律等問(wèn)題，需要進(jìn)入落地的行業(yè)本身去討論和規(guī)劃。機(jī)遇多地爭(zhēng)相布局，四川如何迎頭趕上？作為一門新興的跨學(xué)科研究領(lǐng)域，合成生物發(fā)展?jié)摿薮?，也是各地?zhēng)相布局的未來(lái)產(chǎn)業(yè)之一，天津、上海、深圳等地是國(guó)內(nèi)合成生物學(xué)研究的主要陣地。其中，天津主要依托于中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所，是最早建立合成生物學(xué)本科專業(yè)、碩士和博士學(xué)位點(diǎn)的城市之一，在工業(yè)微生物領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，近年來(lái)火熱的人工合成淀粉、人工合成糖均出自中國(guó)科學(xué)院天工所。上海則主攻科研，是我國(guó)合成生物發(fā)源地之一，世界上第一個(gè)人工合成的蛋白質(zhì)和全球首例人造單染色體真核細(xì)胞創(chuàng)建都在上海發(fā)生，并且還擁有國(guó)內(nèi)第一個(gè)合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——中國(guó)科學(xué)院合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。另外在產(chǎn)業(yè)端，多家頭部企業(yè)的總部也都設(shè)在上海。作為后起之秀，近年來(lái)，深圳的發(fā)展尤為迅速，國(guó)內(nèi)首個(gè)合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院、全球首個(gè)合成生物重大科技基礎(chǔ)設(shè)施等均落地深圳，并且目前已經(jīng)聚集了大量青年人才和一批合成生物學(xué)初創(chuàng)企業(yè)。各地都在搶灘，四川發(fā)展又如何呢？“起了個(gè)大早，趕了個(gè)晚集?！辈簧偈茉L者說(shuō)，四川和天津幾乎同時(shí)進(jìn)入合成生物賽道，但如今的發(fā)展卻各不相同。“不管是創(chuàng)新成果還是創(chuàng)新應(yīng)用方面，距離天津、上海、深圳等地都有一定的差距。”原因在哪？對(duì)于科研人員來(lái)說(shuō)，需要政府的引導(dǎo)?！叭魏我豁?xiàng)新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)到完成產(chǎn)業(yè)化，需要幾年甚至十幾年的時(shí)間，不可能一蹴而就?！敝袊?guó)科學(xué)院成都生物所生物環(huán)保與綠色制造中試平臺(tái)相關(guān)負(fù)責(zé)人張禮霞說(shuō)，這需要政府制定合成生物技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃。她注意到，深圳等地雖然起步較晚，但通過(guò)研究基礎(chǔ)、產(chǎn)業(yè)嘗試、載體支撐等探索，進(jìn)入了第一梯隊(duì)；青島、合肥等地，也在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)方面實(shí)現(xiàn)了“點(diǎn)”上突破。“這些都為四川發(fā)展合成生物產(chǎn)業(yè)，提供了經(jīng)驗(yàn)?！睂?duì)于企業(yè)而言，完善的產(chǎn)業(yè)鏈至關(guān)重要。“舉個(gè)簡(jiǎn)單例子，我們要做基因組測(cè)序、基因合成等環(huán)節(jié)，往往要運(yùn)到上海、北京、南京、蘇州等地進(jìn)行操作?！崩顐フf(shuō)，如果缺少提供底層技術(shù)服務(wù)的企業(yè)，將會(huì)限制產(chǎn)品型下游企業(yè)的集聚和產(chǎn)業(yè)集群的形成。情況正在改善。近日，四川省科學(xué)技術(shù)廳公示了首批11家四川省中試研發(fā)平臺(tái)名單，四川省微生物合成與生物制造中試研發(fā)平臺(tái)名列其中。此前1個(gè)月，省委十二屆五次全會(huì)提到，要加強(qiáng)合成生物學(xué)、生物技術(shù)與信息技術(shù)融合等前沿生物技術(shù)研究。但這些受訪者也提到，目前，合成生物產(chǎn)業(yè)處于早期階段，四川需要進(jìn)一步找準(zhǔn)痛點(diǎn)，在源頭創(chuàng)新、平臺(tái)建設(shè)、成果轉(zhuǎn)化等關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供護(hù)航，補(bǔ)齊產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的缺失環(huán)節(jié)，以“串點(diǎn)成鏈”促進(jìn)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；嵘?。