2017-08-31上海市科委中国合成生物学

  一段时间前，一群活跃于合成生物学领域的国内外青年学者自发齐聚上海，共议前沿热点。而就在不久前，中科院上海植物生理生态研究所的一项关于合成生物学的科普项目获得了上海市科委40万元的支持。

　　这两件事情似乎关联不大。在中科院合成生物学重点实验室副主任、上海植物生理生态研究所研究员王勇看来，这意味着我国的合成生物学研究进入了快车道阶段。不过，让他忧虑的是，尽管我国的合成生物学论文数已居世界第二，仅次于美国，但相比美国近千家相关企业迅速成立、英国从国家层面布局产业化，我国的合成生物学还主要停留在基础研究阶段，最大瓶颈是缺乏产业化平台。

（第三届“合成生物学青年学者论坛”与会者合影留念）

在基础研究方面，中国学者表现抢眼

　　我们熟悉的家蚕，雄蚕吐的丝质量更高，现在通过合成生物学可以控制蚕的性别。以往提取青蒿素，主要依靠中国的农民种植，但未来只需要酵母和基因序列，就可以人工合成青蒿素。合成生物学，是继DNA双螺旋发现所催生的分子生物学和“人类基因组计划”实施所催生的基因组学的第三次生物技术革命。它对于未来缓解医药健康、环境能源、材料制造等问题，提供了一个很好的思路和途径。

　　在合成生物学的基础研究方面，中国学者表现抢眼，论文数已居世界第二，仅次于美国。中科院遗传与发育生物学研究所的高彩霞团队，利用CRISPR-Cas9基因编辑技术，第一个实现了在不遗留外源DNA情况下，对植物基因进行精确编辑，且成本低廉，这是植物生物技术一个里程碑式的突破。在此基础上，该团队实现了抗白粉菌的小麦和具有香味的东北大米。“由于小麦有着庞大的3组基因，以前被挖掘的基因很少，科研人员做起来寸步难行。现在有了基因编辑工具，研究小麦基因的春天也来了。”高彩霞说。

　　想象一下你的智能手机可以监控血糖，还可以通知细胞在一种Led光的响应下，表达分泌出胰岛素细胞。就在两个多月前，华东师范大学叶海峰团队发布了一项独创成果，他们把合成生物学与电子工程学相结合，在小鼠上开发了集糖尿病诊断和治疗为一体的智能系统。全球糖尿病患者超过4.15亿，他们现在需要给自己注射胰岛素来控制血糖，但在未来，他们的生活质量将有可能被改善。

（用手机超远程调控糖尿病小鼠体内移植的定制化光控细胞表达胰岛素，治疗糖尿病）

　　离人工合成生命又近了一步！天津大学、清华大学和华大基因日前完成了4条酿酒酵母染色体的从头设计与化学合成。酿酒酵母就像是一个“细胞工厂”，有16条染色体，其基因约有23%与人类同源，除了用于制作面包馒头等食品及酿酒，还在分子和细胞生物学中用作模式真核生物。中科院院士杨焕明评价说，我国在酿酒酵母设计与合成研究中，已经由“跟跑”转为“并跑”。

在应用和产业布局上落后不少

　　“智能诊疗糖尿病的系统什么时候可以应用在人身上？”这是叶海峰最近被问得最多的问题。他的团队已经开始在大鼠上作实验，接下来是猴子，然后才是人。尽管该技术目前全球独此一家，未来也很有应用前景，叶海峰表示非常希望得到政府和企业的帮助，在提高安全性和可靠性基础上，让这一技术尽快产业化。

　　说到当下生物产业链的现状，带队合成了目前酵母中最长染色体的清华大学戴俊彪研究员说，很多生物专业的学生毕业后找不到工作，正是由于缺乏一个庞大的生物产业体系。

　　“我们的基础研究和欧美国家相差不大，但在应用和产业布局上落后不少。”王勇介绍，美国已成立了近千家相关企业，不少合成生物的药品和食品经美国食品和药品监督管理局批复已经上市。比如，冰淇淋里的香兰素，以往靠的是植物提取，现在通过微生物发酵，大大降低了成本。英国近几年都出台了白皮书和路线图，从合成生物学基础研究到技术开发再到产业进行谋篇布局。“合成生物学英国国家产业中心”在2013年就成立了，5年内的投入将累计达到2800万英镑。据悉，帝国理工大学工程学部将在明年建立新的合成生物学创新中心，预计将得到政府和企业的资助共计2400万英镑。

　　“合成生物学是一门颠覆性技术，就像数码技术相对于彩色胶卷技术一样。它将重新改写游戏规则，也将带来产业的升级换代。”王勇说，在第三次生物技术革命浪潮下，我们还没有做好准备。他给记者讲了一个甜菊糖的故事：甜味剂是个巨大产业，在全球有超过1千亿美元的市场。从天然甜叶菊里提取的甜菊糖，甜度比蔗糖更高，但不会对糖尿病人造成负担。早在几年前，通过合成生物学方法，不仅可以方便地获得甜菊糖，还可以去除其中的苦味杂质。这无疑将给传统蔗糖和甜菊糖的生产厂家带来冲击。一次，王勇拜访了全世界最大甜菊糖生产公司在山东的一个基地，他们却对此技术一无所知。

　　“我们在人才、资金和政策上，都是缺位的。在全球竞争的背景下，我们不仅要培养合成生物学领域的专业技术人才，也要培养这一领域的商界领袖和管理型人才。吸引人才和资金的投入，培育一批极具活力的中小型创新企业是关键”王勇说。

上海能否抓住这一轮新机遇

　　产业化并非没有成功的案例。中科院合成生物学重点实验室和上海药物所合作实现了人参皂苷的生物合成。人参皂苷是人参中的主要有效成份，如果人工栽培就算最次的人参也要5年，还有病虫害侵扰，土地也需要休耕。而酵母合成只需一两天，可以大批量获得人参中的珍贵活性成分。眼下，上海的这一科研成果正在产业化推进中。

　　早在1965年，上海就诞生了被誉为“打开生命之门”的人工合成结晶牛胰岛素的重大成果。2009年，上海成立了我国第一家合成生物学重点实验室。“十二五”期间，上海在合成生物学研究上形成了一批优势学科和研究团队。当下，上海能否抓住这一轮新机遇呢？

　　“产业化这件事，不是一个学科所能包办的。任何科研成果，要变成产业，不能少了协同合作的平台。”中科院院士、上海植物生理生态研究所研究员赵国屏说，当年他在农村做知青时，浙江农业大学的科研人员拿了一包改良的玉米种子来，大队根据当地情况做了一整套农艺，种出了几百亩玉米。这就是一个简单的产业化过程。

　　“合成生物学就是把工程概念放进生物学研究，再反哺到工程。”赵国屏介绍，如果想要合成一个化合物，需要积累大量的代谢通路、合成途径和元件，他正参与建设这样的一个生物医学大数据，该数据库在上海和贵州分设两个基地。

　　未来，上海若要成为合成生物学的国际研究中心之一和产业化示范城市，还有很多事情可以做。（作者:黄海华)