近年來頻頻出現在各項政策文件中的“合成生物學”，被認為是繼DNA雙螺旋結構和基因組技術之后的第三次生物科技革命，推動人類實現從“認識生命”到“設計生命”的跨越。
“以智能制造為代表的第四次工業革命正在深刻改變著學科建設和產業發展，合成生物學也在其中扮演著重要角色。如果說信息技術最主要的特點是提高生產效率，生物技術則將從根本上顛覆生產方式。”在1月22日舉辦的第十六屆創新發展論壇上，中國工程院院士、南京工業大學國家生化工程技術研究中心主任應漢杰如是說。
對于“生物制造錨定新坐標”這個話題，中國科學院院士、上海交通大學教授鄧子新也表達了類似的觀點：“從生物醫藥到能源環境，合成生物學正在影響著社會發展的方方面面。”
萬物皆可“生物制造”
近日，2024年度十大科技名詞評選結果揭曉，生物制造赫然在列。應漢杰解釋：“生物制造是以特定生物體機能如細胞或其組成部分為催化劑，進行大規模物質加工與物質轉化的技術。”
生物制造不僅為低碳經濟的構建提供了動力，也為現代工業的綠色轉型提供了重要的技術路徑，是近年來世界各國爭先布局發展的領域之一。早在2003年，美國便已確立了生物制造的藍圖，規劃了氣候、糧食、供應鏈、健康等多個領域及交叉領域的生物制造產業發展路徑。
“隨著生物制造的發展，原來的很多生產方式都將發生翻天覆地的變化。”應漢杰舉例說道，“施肥用的尿素目前主要是由化工廠生產出來的，利用生物制造，未來通過微生物菌肥能夠直接把空氣里的氮氣轉變為可供植物利用的化合物。”
合成生物學是生物制造的典型代表。在鄧子新看來，合成生物學是微觀的“工程科學”，是工科滲透到理科形成的新工科。
“土木工程、機械工程需要用到磚頭、瓦塊、零件、底盤，合成生物學用的則是基因、蛋白、調控元件、細胞底盤等。”鄧子新介紹，“我們先按照需求設計和構建新的生物途徑和系統，再根據這個‘藍圖’進行備料、施工、裝修，最終成型。”
在醫藥領域，合成生物學的應用價值已經得到了諸多證實：把復雜的化合物生產線“搬”到細菌中，可以快速得到優質的化合物；讓微生物生產原本只存在于植物中的藥物；通過基因改造，讓原本有害的物質變為有益……
在環保、材料等領域，合成生物學也展現了令人驚喜的應用潛力。2021年，中國科學家利用生物工程技術，成功研發出具有分子級別精度的水系基因重組蜘蛛絲蛋白光刻膠。該蛋白光刻膠生物相容性好、光刻過程全水溶液，無需多步催化反應，就可以實現精細的圖案加工，且可用于生物芯片等領域。
“合成生物學將為高效、經濟、環保地生產更廉價的藥物、食品和健康產品，為汽車提供綠色能源，為治療癌癥和遺傳病等重大醫學難題提供新手段，最終改變人們的生活。”鄧子新總結道。
多學科交叉，推動成果轉化往前半步
近年來，鄧子新團隊在合成生物學領域取得了系列成果，并有一部分已經邁向了產業化。他強調，從基礎研究到產業化，先邁出半步非常重要。
鄧子新分享了一個“邁出半步”的故事。從2005年發現DNA大分子上一種新的硫修飾以來，鄧子新團隊探明了其作用機制，并據此先后開發了基于硫修飾核酸的RNA編輯系統、用于診斷感染性疾病的快速核酸檢測技術。
“我原來是微生物學家，后來在合成生物學發力并取得這個成果，實際上也是關注并緊跟科學前沿發展的體現。”鄧子新認為，合成生物學是大健康產業快速發展的“鑰匙”，正在改造或顛覆傳統大健康產品的研發路徑。
以往，科研人員需要從海量自然菌種中逐一篩選，以期找到能合成目標分子的細菌。而今，他們只需定位到能生產該分子的基因，并將其人工導入菌中，由此大幅縮短了周期，并有效提升了產能。
而要讓合成生物學真正發揮“指哪打哪”的效果，離不開多科學交叉合作。合成生物學是一門科技高度融合、集成的前沿學科，需要生物學家與工程師攜手合作，共同對生物體進行“重新布線”和“編程”。
如何跨越學科界限，促進各領域間的交叉合作，則仍是當前合成生物學發展亟待解決的關鍵問題。“這并不僅僅關于合成生物學，也關乎科學發展本身。”鄧子新表示，就像摘桃子，樹底下的總是最早被摘光的，如果不進行分工，有人負責爬上梯子摘桃、有人負責扶住梯子、有人負責拿著容器接，很難摘得樹頂的好桃子。
賦能經濟高質量發展
當前，全球多個國家都已將生物制造列為戰略性、前瞻性的重點方向予以推動。
早在2022年5月，我國就在《“十四五”生物經濟發展規劃》中明確了生物經濟發展的具體任務，制定了“十四五”時期發展目標，即到2025年，生物經濟成為推動高質量發展的強勁動力。《規劃》中同時提到，加快生物制造技術賦能生物能源和生物環保產業。
來到2025年，生物制造技術的重要性也越發凸顯。“生物制造就像幾十年前的信息技術，將大規模變革社會物質制造的方式，為人類生活提供更加高質量的物質基礎和生存環境，促進新生業態的出現。”應漢杰表示，生物制造是典型的新質生產力，不僅推動了傳統行業的轉型升級與新業態的出現，也促進相關領域的可持續創新發展，進而服務于國家重大戰略需求，賦能我國經濟的高質量發展。
以糧食安全為例，生物制造技術可通過實施促長增糧、治養節飼、利廢代飼等工程，為我國糧食安全的自主可控提供有力支撐。“比如通過生物制造的葉面肥，可以提升植物中葉綠體的光合作用效率，假設能夠提高10%，則中國每年生產的糧食就能增加6000萬~7000萬噸。”應漢杰說道。
此外，面對“貧油、少氣、富煤、多非糧生物質”這一現狀對“雙碳”目標帶來的挑戰，生物制造能夠通過更新原料來源、變革生產方式、生產新分子的方式，推進新能源、碳基化學品等的綠色低碳生產。
“將生物技術與其他學科交叉融合，開發新的生物降解產品及智能化生物環保技術，則讓我國天更藍、地更綠、水更清，萬里河山更加多姿多彩。”應漢杰期待，通過政府、學者、企業等各方努力，積極布局生物制造，不斷完善其內涵，推動行業整體發展，助力實現中華民族偉大復興的中國夢。
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