文 |《中国科学报》见习记者江庆龄

近年来频频出现在各项政策文件中的“合成生物学”，被认为是继DNA双螺旋结构和基因组技术之后的第三次生物科技革命，推动人类实现从“认识生命”到“设计生命”的跨越。

“以智能制造为代表的第四次工业革命正在深刻改变着学科建设和产业发展，合成生物学也在其中扮演着重要角色。如果说信息技术最主要的特点是提高生产效率，生物技术则将从根本上颠覆生产方式。”在1月22日举办的第十六届创新发展论坛上，中国工程院院士、南京工业大学国家生化工程技术研究中心主任应汉杰如是说。

对于“生物制造锚定新坐标”这个话题，中国科学院院士、上海交通大学教授邓子新也表达了类似的观点：“从生物医药到能源环境，合成生物学正在影响着社会发展的方方面面。”

活动现场

近日，2024年度十大科技名词评选结果揭晓，生物制造赫然在列。应汉杰解释：“生物制造是以特定生物体机能如细胞或其组成部分为催化剂，进行大规模物质加工与物质转化的技术。”

生物制造不仅为低碳经济的构建提供了动力，也为现代工业的绿色转型提供了重要的技术路径，是近年来世界各国争先布局发展的领域之一。早在2003年，美国便已确立了生物制造的蓝图，规划了气候、粮食、供应链、健康等多个领域及交叉领域的生物制造产业发展路径。

“随着生物制造的发展，原来的很多生产方式都将发生翻天覆地的变化。”应汉杰举例说道，“施肥用的尿素目前主要是由化工厂生产出来的，利用生物制造，未来通过微生物菌肥能够直接把空气里的氮气转变为可供植物利用的化合物。”

应汉杰作报告

合成生物学是生物制造的典型代表。在邓子新看来，合成生物学是微观的“工程科学”，是工科渗透到理科形成的新工科。

“土木工程、机械工程需要用到砖头、瓦块、零件、底盘，合成生物学用的则是基因、蛋白、调控元件、细胞底盘等。”邓子新介绍，“我们先按照需求设计和构建新的生物途径和系统，再根据这个‘蓝图’进行备料、施工、装修，最终成型。”

在医药领域，合成生物学的应用价值已经得到了诸多证实：把复杂的化合物生产线“搬”到细菌中，可以快速得到优质的化合物；让微生物生产原本只存在于植物中的药物；通过基因改造，让原本有害的物质变得有益……

在环保、材料等领域，合成生物学也展现了令人惊喜的应用潜力。2021年，中国科学家利用生物工程技术，成功研发出具有分子级别精度的水系基因重组蜘蛛丝蛋白光刻胶。该蛋白光刻胶生物相容性好、光刻过程全水溶液，无需多步催化反应就可以实现精细的图案加工，且可用于生物芯片等领域。

“合成生物学可以实现高效、经济、环保地生产更廉价的药物、食品和健康产品，为汽车提供绿色能源，为治疗癌症和遗传病等重大医学难题提供新手段，最终改变人们的生活。”邓子新总结道。

近年来，邓子新团队在合成生物学领域取得了系列成果，并有一部分已经迈向了产业化。他强调，从基础研究到产业化，先迈出半步非常重要。

邓子新分享了一个“迈出半步”的故事。从2005年发现DNA大分子上一种新的硫修饰以来，邓子新团队探明了其作用机制，并据此先后开发了基于硫修饰核酸的RNA编辑系统、用于诊断感染性疾病的快速核酸检测技术。

邓子新作报告

“我原来是微生物学家，后来在合成生物学发力并取得这个成果，实际上也是关注并紧跟科学前沿发展的体现。”邓子新认为，合成生物学是大健康产业快速发展的“钥匙”，正在改造或颠覆传统大健康产品的研发路径。

以往，科研人员需要从海量自然菌种中逐一筛选，以期找到能合成目标分子的细菌。而今，他们只需定位到能生产该分子的基因，并将其人工导入菌中，由此大幅缩短了周期，并有效提升了产能。

而要让合成生物学真正发挥“指哪打哪”的效果，离不开多学科交叉合作。合成生物学是一门科技高度融合、集成的前沿学科，需要生物学家与工程师携手合作，共同对生物体进行“重新布线”和“编程”。

如何跨越学科界限，促进各领域间的交叉合作，仍是当前合成生物学发展亟待解决的关键问题。“这并不仅仅关乎合成生物学，也关乎科学发展本身。”邓子新表示，就像摘桃子，树底下的总是最早被摘光的，如果不进行分工——有人负责爬上梯子摘桃、有人负责扶住梯子、有人负责拿着容器接——很难摘得树顶的好桃子。

当前，全球多个国家都已将生物制造列为战略性、前瞻性的重点方向予以推动。

早在2022年5月，我国就在《“十四五”生物经济发展规划》中明确了生物经济发展的具体任务，制定了“十四五”时期发展目标。到2025年，生物经济成为推动高质量发展的强劲动力。《规划》中同时提到，加快生物制造技术赋能生物能源和生物环保产业。

来到2025年，生物制造技术的重要性也越发凸显。“生物制造就像几十年前的信息技术，将大规模变革社会物质制造的方式，为人类生活提供更加高质量的物质基础和生存环境，促进新生业态的出现。”应汉杰表示，生物制造是典型的新质生产力，不仅推动了传统行业的转型升级与新业态的出现，也促进相关领域的可持续创新发展，进而服务于国家重大战略需求，赋能我国经济的高质量发展。

以粮食安全为例，生物制造技术可通过实施促长增粮、治养节饲、利废代饲等工程，为我国粮食安全的自主可控提供有力支撑。“比如通过生物制造的叶面肥，可以提升植物中叶绿体的光合作用效率，假设能够提高10%，则中国每年生产的粮食就能增加6000万~7000万吨。”应汉杰说道。

此外，面对“贫油、少气、富煤、多非粮生物质”这一现状对“双碳”目标带来的挑战，生物制造能够通过更新原料来源、变革生产方式、生产新分子的方式，推进新能源、碳基化学品等的绿色低碳生产。

“将生物技术与其他学科交叉融合，开发新的生物降解产品及智能化生物环保技术，则让我国天更蓝、地更绿、水更清，万里河山更加多姿多彩。”应汉杰期待，通过政府、学者、企业等各方努力，积极布局生物制造，不断完善其内涵，推动行业整体发展，助力实现中华民族伟大复兴的中国梦。