中國科學院院士、上海交大生命科學技術學院名譽院長鄧子新：生物學家應和工程師聯合，為攻克重大醫學難題提供新手段

每經記者 溫雅蘭    每經編輯 張凌霄    

生態文明的發展催生了合成生物學的業態變革。繼DNA雙螺旋結構、基因組技術后，合成生物學被譽為第三次生物技術革命。

麥肯錫預計，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。

第六屆中國行業發展高峰論壇暨上海交通大學行業研究院五周年系列活動（上海站）中，中國科學院院士、上海交大生命科學技術學院名譽院長鄧子新以合成生物學為軸，分享了生態文明背景下，合成生物科技與生物產業發展的顛覆性創新之路。

“近年來，隨著生命科學與其他學科的交叉融合，以及測序技術、基因克隆技術和大數據等技術的發展，生命科學開始進入一個重要關口，許多新技術不斷涌現。在這樣的背景下，合成生物學應運而生，并逐步滲透到醫療、環境、健康、能源、食品等與我們生活息息相關的方方面面。”鄧子新說道。

中國科學院院士、上海交大生命科學技術學院名譽院長鄧子新 圖片來源：主辦方供圖

生態文明發展催生合成生物學的業態變革

合成生物學擁有十分強大的“能量”，被稱為能夠“以生物造萬物”的學科。那么，合成生物學到底是什么？

鄧子新解釋道，合成生物學是一門匯集生物學、基因組學、工程學和信息學等的高度集成式的前沿學科，是理學中的工程學。它結合了生命科學觀察分析的方法和工程學的設計思維，使人類得以通過工程方法，設計、改造，甚至從頭合成具有特定功能的生物系統。

“與土木工程具有異曲同工之妙，合成生物學利用數據庫中的基因，蛋白調節的元件等生物信息，人工設計構建新的生物圖景和系統，使其比天然系統更優越、更高效，合成生物學希望能夠使相關基因更加兼容和匹配。”

1911年，“synthetic biology（合成生物學）”一詞最早由法國物理化學家Stephane Leduc在其所著的《生命的機理》一書中首次提出。在該書中，其試圖利用物理學理論解釋生物起源和進化規律，認為“構成生物體的是其形態”，并歸納為“合成生物學是對形狀和結構的合成”。

此后直到21世紀初，合成生物學才真正被廣泛關注。從2000年的雙穩態基因網絡開關，到2013年青蒿素的生物合成生產，再到2019年大腸桿菌基因組合成，合成生物學的“能量”逐步被科學家發現。

鄧子新表示，合成生物學為不同藥物基因組微生物之間的重排提供了理論和方法。

“就像拼圖一樣，我們可以對基因進行重新編排，改變他們的顏色，創造新的藥物結構化。將標準的基因做成拼圖，在細胞內擺出各種不同化合物的代謝途徑，然后在發酵罐里生產出藥物、保健品，甚至一些必要的化工產品，”鄧子新說，“我們可以通過研究基因合成的機理，通過基因的重排形成一個新的化合物，改良其耐藥性，使它的毒副作用降低。”

此外，鄧子新以其團隊的實驗為例，介紹了合成生物學應用場景。

“以往需要40萬個葡萄柚才能夠提取一公斤的圓柚酮，出口的價格是每公斤6000多美元。我們把這套基因編排到酵母菌細胞里面去，使得它兼容，所以它的結構和天然產物是一模一樣的，而且提取更加簡單，成本至少降低30%，可以用在酸奶、糖果、飲料中，還可以驅蟲，孕婦和兒童可以用來防蚊。”

合成生物學的未來是生物學家與工程師的聯合

活動現場，鄧子新表示當前生物醫藥領域存在新藥發現的速度趕不上疾病增長的速度，以及藥物制作工藝復雜、三廢排放、微生物污染倒灌、毒性和毒副作用等問題。是否能夠改變工藝使其更加經濟、環保、高效，是否能夠縮短新藥發現時間等，都是合成生物學面臨的艱巨任務。

近年來，我國合成生物基礎研究突飛猛進。但是，要如何擺脫對國外技術的依賴，實現進一步突破，也是當前中國合成生物學的痛點之所在。

“我們希望能夠從基因治療系統、功能檢測系統和核酸檢測系統、靶向核酸藥物的設計，以及抗噬菌體發酵工業體系四個維度，打造具有我國自主知識產權的原創型基因編輯。反義核酸藥物及核酸檢測技術體系，能夠為現代醫學診療提供新的支撐。”鄧子新談到。

合成生物學剛剛度過了它的“嬰兒時代”，進入“幼兒時代”，當它進入“成人時代”時，生物學世紀才會真正到來。但是，如何才能推動合成生物學持續發展？

鄧子新認為，顛覆大健康產品的重大品種合成，打破重大品種的壟斷型生產，關鍵在于要靠前沿技術，通過孵化國際標桿企業，培養行業人才，生產關鍵專利，來帶動生物產業向合成生物發展的轉型、升級和換代。

“今天的生物學已經具備工程學的某些特征，生物學家和工程師應聯合起來對生物體進行重新布線、編程。這將推動生產更廉價的藥物、食品和健康產品，為攻克重大醫學難題提供新手段，最終改變我們的生活。我相信合成生物學是一顆冉冉升起的學科新星。”鄧子新說道。