中国科学院院士、上海交大生命科学技术学院名誉院长邓子新：生物学家应和工程师联合，为攻克重大医学难题提供新手段

生态文明的发展催生了合成生物学的业态变革。继DNA双螺旋结构、基因组技术后，合成生物学被誉为第三次生物技术革命。

麦肯锡预计，到2025年，合成生物学与生物制造的经济价值将达到1000亿美元，未来全球60%的物质生产可通过生物制造方式实现。

第六届中国行业发展高峰论坛暨上海交通大学行业研究院五周年系列活动（上海站）中，中国科学院院士、上海交大生命科学技术学院名誉院长邓子新以合成生物学为轴，分享了生态文明背景下，合成生物科技与生物产业发展的颠覆性创新之路。

“近年来，随着生命科学与其他学科的交叉融合，以及测序技术、基因克隆技术和大数据等技术的发展，生命科学开始进入一个重要关口，许多新技术不断涌现。在这样的背景下，合成生物学应运而生，并逐步渗透到医疗、环境、健康、能源、食品等与我们生活息息相关的方方面面。”邓子新说道。

中国科学院院士、上海交大生命科学技术学院名誉院长邓子新 图片来源：主办方供图

生态文明发展催生合成生物学的业态变革

合成生物学拥有十分强大的“能量”，被称为能够“以生物造万物”的学科。那么，合成生物学到底是什么？

邓子新解释道，合成生物学是一门汇集生物学、基因组学、工程学和信息学等的高度集成式的前沿学科，是理学中的工程学。它结合了生命科学观察分析的方法和工程学的设计思维，使人类得以通过工程方法，设计、改造，甚至从头合成具有特定功能的生物系统。

“与土木工程具有异曲同工之妙，合成生物学利用数据库中的基因，蛋白调节的元件等生物信息，人工设计构建新的生物图景和系统，使其比天然系统更优越、更高效，合成生物学希望能够使相关基因更加兼容和匹配。”

1911年，“synthetic biology（合成生物学）”一词最早由法国物理化学家Stephane Leduc在其所著的《生命的机理》一书中首次提出。在该书中，其试图利用物理学理论解释生物起源和进化规律，认为“构成生物体的是其形态”，并归纳为“合成生物学是对形状和结构的合成”。

此后直到21世纪初，合成生物学才真正被广泛关注。从2000年的双稳态基因网络开关，到2013年青蒿素的生物合成生产，再到2019年大肠杆菌基因组合成，合成生物学的“能量”逐步被科学家发现。

邓子新表示，合成生物学为不同药物基因组微生物之间的重排提供了理论和方法。

“就像拼图一样，我们可以对基因进行重新编排，改变他们的颜色，创造新的药物结构化。将标准的基因做成拼图，在细胞内摆出各种不同化合物的代谢途径，然后在发酵罐里生产出药物、保健品，甚至一些必要的化工产品，”邓子新说，“我们可以通过研究基因合成的机理，通过基因的重排形成一个新的化合物，改良其耐药性，使它的毒副作用降低。”

此外，邓子新以其团队的实验为例，介绍了合成生物学应用场景。

“以往需要40万个葡萄柚才能够提取一公斤的圆柚酮，出口的价格是每公斤6000多美元。我们把这套基因编排到酵母菌细胞里面去，使得它兼容，所以它的结构和天然产物是一模一样的，而且提取更加简单，成本至少降低30%，可以用在酸奶、糖果、饮料中，还可以驱虫，孕妇和儿童可以用来防蚊。”

合成生物学的未来是生物学家与工程师的联合

活动现场，邓子新表示当前生物医药领域存在新药发现的速度赶不上疾病增长的速度，以及药物制作工艺复杂、三废排放、微生物污染倒灌、毒性和毒副作用等问题。是否能够改变工艺使其更加经济、环保、高效，是否能够缩短新药发现时间等，都是合成生物学面临的艰巨任务。

近年来，我国合成生物基础研究突飞猛进。但是，要如何摆脱对国外技术的依赖，实现进一步突破，也是当前中国合成生物学的痛点之所在。

“我们希望能够从基因治疗系统、功能检测系统和核酸检测系统、靶向核酸药物的设计，以及抗噬菌体发酵工业体系四个维度，打造具有我国自主知识产权的原创型基因编辑。反义核酸药物及核酸检测技术体系，能够为现代医学诊疗提供新的支撑。”邓子新谈到。

合成生物学刚刚度过了它的“婴儿时代”，进入“幼儿时代”，当它进入“成人时代”时，生物学世纪才会真正到来。但是，如何才能推动合成生物学持续发展？

邓子新认为，颠覆大健康产品的重大品种合成，打破重大品种的垄断型生产，关键在于要靠前沿技术，通过孵化国际标杆企业，培养行业人才，生产关键专利，来带动生物产业向合成生物发展的转型、升级和换代。

“今天的生物学已经具备工程学的某些特征，生物学家和工程师应联合起来对生物体进行重新布线、编程。这将推动生产更廉价的药物、食品和健康产品，为攻克重大医学难题提供新手段，最终改变我们的生活。我相信合成生物学是一颗冉冉升起的学科新星。”邓子新说道。