2023年合成生物学十大猜想：量产技术仍是转化应用的破局关键

【关键词：替代生产】

猜想1 光合细菌生产化学品

南京工业大学信丰学教授：目前用于工业生物技术的底盘细胞多是以有机碳源为原料如淀粉等，会导致与人争粮、与粮争地。未来的合成生物学方向之一，可以通过精简基因组技术，设计合成不同化学品的人工细胞，并耦合光驱动的CO2固定路径，实现以CO2为原料，合成人类所需要的各种功能化学品、营养品、药物等。未来，在更为开放的体系和更简单的培养环境中，利用化合细菌将取代传统的生物发酵技术，实现碳元素的循环利用。

【关键词：双碳目标】

猜想2 微藻的绿色生产威力持续绽放

天津科技大学骆健美教授：光合作用是地球上几乎一切生命活动的能量和物质来源，而微藻通过光合作用贡献了超过50%的地球氧气和初级生产力。由于具有将太阳能和CO2直接转化为各种生物基产品的能力，微藻又被视为极具潜力的新型微生物光合平台。未来随着微藻遗传操作体系的建立和发展，利用合成生物学的工具和策略，可拓宽微藻对太阳光的捕集效率和光能的传递效率，强化微藻的光驱固碳能力、废水处理能力和高附加值产品合成能力。这些基于底盘细胞的理性设计和系统改造，将提高微藻的光合作用和及其驱动的物质能量代谢效率，实现“固碳减排”和“绿色合成”的双重目标，将大力助推 “双碳”国家战略目标的实现。

【关键词：底层技术】

猜想3 基因线路的人工设计与智能调控更趋便捷

江南大学刘龙教授：基因线路是细胞工厂的代谢调控中枢，能够赋予细胞学习与纠错的能力，使其在不同生长环境下自发地调整胞内代谢流，维持内稳态和产量的最大化。基因线路的核心组件为具有生物传感和执行功能的调控元件。然而，并不是所有的信号分子都有能够响应其的天然调控元件，这限制了基因线路的多样性。结合机器学习和计算设计，开发高效、简便、普适的人工调控元件和基因回路构建方法，构建相应的合成生物学工具库，是基因线路的未来发展趋势之一。

【关键词：平台化发展】

猜想4：企业版合成生物铸造平台改变制造生产力

华恒生物研究院副院长陈璐：未来10年内将看到合成生物优秀企业实现从操作单元构建、集成筛选到产品迭代进化的最优化制造流程。将完全实现设计功能化、自我支持的生物制造工业化系统。除此之外，平台将开发建立通讯和网络集成能力，开发用于产业、学术界、乃至民用数据交流的自动化平台系统，利用该模式微生物相关的综合平台实现数据交换，开发出品类齐全的非模式生物数据库，整合用于生产的预测途径和组学数据，以此建立能够在多种模式系统中通用的平台，在完善机器学习能力和算法的过程中，实现超过95%的DBTL和合成生物制造自动化循环。

【关键词：医疗健康】

猜想5：无细胞合成生物系统商业化 应用于创新医疗

百达联康创始人及核心技术首席专家邓扬：无细胞或体外合成生物技术作为合成生物学重要平台之一，其合成步骤清晰可控，具备容易放大生产且能显著地降本提效的特点;在生产过程中，对比传统化学合成方式，可以大大降低副产物毒性、减少环境污染，同时配合生物医用材料的应用，具有更低致敏与可降解的特性。尤其值得关注的是，无细胞合成生物系统相比细胞生产，能实现更好的分离纯化，且更好预防可能性的毒素残留。随着合成技术的发展，无细胞合成系统的成本优势将不断体现，其快速、灵活且高产量的表达能力与简单的下游分离技术相结合，未来在高分子材料、医药材料上的作用，特别是在蛋白质特异性药物的设计与制造带来无限可能;而这些技术的转化落地，对于打破国际药厂的技术壁垒，开发创新医药与医疗上将大有裨益，能够让我们把科研成果扎实写在服务民生健康上。

【关键词：未来食品】

猜想6 功能性糖醇解锁人类生命健康的“新密码”

江苏大学齐向辉教授：初见端倪的功能性糖醇是否会成为生命健康的“新密码”?功能性糖醇既能满足味蕾对甜度的需求，又符合当下人类“低热量”饮食原则;此外，功能性糖醇还具有抑制口腔微生物生长、在体内代谢不影响血糖值、改善糖脂代谢紊乱等独特的治疗优势。功能糖醇不只是甜味，还有健康。或许在不久的将来，随着合成生物学助力新一代功能性糖醇的生产，功能性糖醇将很快“占据市场”，成为人类生命健康的“新密码”，并走向百姓餐桌，开创糖醇的新纪元。

【关键词：纯净美妆】

猜想7：日常生活将涌入更多合成生物技术美妆产品

山东大学国家糖工程技术研究中心主任、国际欧亚科学院院士凌沛学：生物活性物质作为功能性添加剂在美妆行业有着广泛的应用，包括多糖类、蛋白和多肽类等等，比如透明质酸及其修饰物。含有生物活性物质的美妆产品，功效更好、更具安全性，研究开发应用于美妆产品的生物活性物质成为美妆产业可持续发展的一个重要环节。生物活性物质的传统制备方法还是大多从动植物等组织中提取，收率较低、成本较高，并且存在较大的环境污染问题。合成生物技术可以利用底盘细胞重构生物活性物质的合成途径，再通过发酵和纯化精制工艺的改进，大幅提升制备收率、降低生产成本，促进更多生物活性物质在美妆产品中的广泛应用。相信在不久的将来，我们会在日常生活中用到更多更好的、含有生物活性物质的美妆产品。

【关键词：产业转化】

猜想8 量产技术仍是合成生物转化应用的破局关键

态创生物创始人兼CEO 张志乾：一级市场中合成生物的热度一度暴增，产学研合作从过去“谨慎”到进入政策鼓励，我们可以预测，制造大国将激荡出更多的火花。然而，合成生物仍处于“可合成”和“可量产”的双重限制中。去年我们看到，很多传统企业开始往合成生物去拓展，同时更多的合成生物企业也选择传统的方式去落地。但在面对成本控制和市场衔接的风险过程中，相比实现更多物质的“可合成”，实现高效率量产，更是破局关键。从前端菌株构建到后端的发酵生产，不断提升可量产的技术平台，对行业未来发展十分有意义，值得聚焦投入。

【关键词：高质量经济】

猜想9 构建自下而上的生物经济

九合创投创始人王啸：生物制造是一种全新的生产方式，将可以体系化的制造新物质和材料，应用到各行各业，替代现有的石油化工产品。我们的目标是构建一个自下而上的生物经济，不仅仅是改造人类正在使用的产品，还要创造目前世界上还没有的全新产品，充分利用大自然先天的多样性，同时更加绿色和高效。

但与任何重大的技术创新一样，新型生物工业的根基首先必须要克服技术生产障碍，并展现出相比现有石油基生产过程和产品所具备的明显优势，包括有竞争力的价格。目前合成生物学缺失的两块拼图是AI预测基因元件的功能，以及DNA合成成本的大幅降低。这两者的联合将极大提升研发效率，成就合成生物时代的摩尔定律。

展望未来，2030年的世界将是生物多样与自然共生的，容纳更多物种在这个世界上生生不息，人类更深入地掌握了生命的规则和操控生命的能力，最终学会用更少的能量负荷创造更多的物质资源，并更好的平衡人性和科技的关系，在更远的未来，人类也许可以进入类似阿凡达电影中的世界。

【关键词：规范发展】

猜想10 颠覆性生产方式对既有政策法规必将形成挑战

浙江大学国际联合商学院数字经济与金融创新研究中心联席主任、研究员 盘和林：合成生物学作为在全球化竞争格局里的关键技术，其重要程度不言而喻。在实现“双碳”目标上，合成生物技术在助力产业迭代升级、帮助人类去创造美好生活上的作用是毋庸置疑的。但其涉及到了人工合成的生物体，牵涉的伦理问题、环境与健康问题，随着行业的蓬勃发展，矛盾必然更加剧烈。推动转化应用与规划化协调发展，既不让政策掣肘技术研发与应用，也不让行业的迅速发展去突破安全线，真正实现可持续的高质量发展。