2010—2019年國家自然科學(xué)基金資助合成生物學(xué)領(lǐng)域情況

杜全生，洪偉，祖巖

（1國家自然科學(xué)基金委員會生命科學(xué)部，北京100085；2貴州醫(yī)科大學(xué)地方病與少數(shù)民族疾病教育部重點實驗室，貴州貴陽550004；3北方工業(yè)大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院，北京100144）

本文統(tǒng)計分析了2010—2019年間，國家自然科學(xué)基金在合成生物學(xué)領(lǐng)域項目申請與資助情況、資助與管理成效，嘗試為合成生物學(xué)領(lǐng)域發(fā)展提出意見和建議。數(shù)據(jù)來源與分析方法：數(shù)據(jù)來源，科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫；檢索方法，申請代碼和關(guān)鍵詞檢索；數(shù)據(jù)整理，撤銷與終止的項目均不予統(tǒng)計。

1 項目申請與資助情況

過去十年，合成生物學(xué)領(lǐng)域的項目申請與資助數(shù)量呈現(xiàn)明顯上升趨勢。其中，申請3258項，資助793項，總金額5.67億元。其中，申請數(shù)年均增長率33.01%，資助數(shù)量年均增長率33.42%，項目資助率呈先上升后下降趨勢，2014年最高38%，近兩年資助率降至21%左右，如圖1所示。

圖1 NSFC合成生物學(xué)基金項目申請與資助情況Fig.1 Application and funding status of synthetic biology projects at NSFC

1.1 項目在各科學(xué)部的分布情況

2010—2019年，合成生物學(xué)領(lǐng)域項目申請主要集中在生命科學(xué)部、化學(xué)科學(xué)部和醫(yī)學(xué)科學(xué)部，分別占申請總量的54%、25%和19%。其中，生命科學(xué)部共資助411項占總資助項目的52%，資助金額2.84億；化學(xué)科學(xué)部共資助207項占比26%，資助金額1.71億元；醫(yī)學(xué)科學(xué)部共資助149項占比19%，資助金額7715萬，如圖2所示。

圖2 合成生物學(xué)項目在NSFC不同學(xué)部申請與資助情況Fig.2 Application and funding status of synthetic biology projects in different NSFC departments

合成生物學(xué)領(lǐng)域的資助項目分散在各個分支學(xué)科中。其中，生命科學(xué)部資助面上類項目362項，分布在20個二級代碼下包括C01微生物學(xué)59項，C05生物物理與生物化學(xué)33項，C06遺傳學(xué)與生物信息學(xué)28項，C13農(nóng)學(xué)基礎(chǔ)與作物學(xué)38項，C15園藝學(xué)與植物營養(yǎng)學(xué)12項，C17畜牧學(xué)11項，C20食品學(xué)23項，C21分子生物學(xué)與生物技術(shù)124項?；瘜W(xué)科學(xué)部共資助面上類項目181項，包括B01合成化學(xué)11項，B07化學(xué)生物學(xué)92項，B08化學(xué)工程與工業(yè)化學(xué)77項。醫(yī)學(xué)科學(xué)部共資助面上類項目140項，分布在22個二級代碼下，其中H09神經(jīng)系統(tǒng)和精神疾病11項，H16腫瘤學(xué)24項，H28中藥學(xué)15項，H30藥物學(xué)22項。未列出的代碼均不足10項。

1.2 項目依托單位情況

合成生物學(xué)領(lǐng)域項目依托單位共計227家，其中高等院校152家、科研院所75家。從項目立項數(shù)目看，合成生物學(xué)領(lǐng)域（除港澳臺外）的研究力量比較集中，前五位的省市（北京、上海、廣東、天津和江蘇）占合成生物學(xué)項目資助數(shù)量的62%，其中北京地區(qū)依托單位40家，上海地區(qū)依托單位16家，廣東地區(qū)依托單位25家，天津地區(qū)依托單位8家，江蘇地區(qū)依托單位17家。獲資助項目數(shù)量排位前十名的依托單位分別是：天津大學(xué)（33項），上海交通大學(xué)（31項），中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所（27項），中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院（原）（25項），中國科學(xué)院微生物研究所（23項），江南大學(xué)（19項），北京大學(xué)與清華大學(xué)（均為17項），華東理工大學(xué)、武漢大學(xué)和中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所（均為16項）；山東大學(xué)和中山大學(xué)（均為15項），浙江大學(xué)（14項）。

合成生物學(xué)地域分布與研究基地的布局關(guān)系密切。2008年上海生命科學(xué)研究院成立合成生物學(xué)重點實驗室；2011年上海交通大學(xué)建設(shè)微生物代謝國家重點實驗室，關(guān)注微生物合成代謝、微生物分解代謝和微生物代謝相互作用等研究方向。2012年，南京工業(yè)大學(xué)牽頭組建“江蘇先進(jìn)生物與化學(xué)制造協(xié)同創(chuàng)新中心”，中心聚合國內(nèi)外42家單位的先進(jìn)平臺基地，成為國家首批入選“高等學(xué)校創(chuàng)新能力提升計劃（2011計劃）”的14個中心之一。2015年北京大學(xué)和清華大學(xué)建立了合成生物學(xué)研究中心。2017年中國科學(xué)院核準(zhǔn)深圳先進(jìn)技術(shù)研究院建立合成生物學(xué)研究所，2018年建設(shè)全國首個合成生物學(xué)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、參與成立國際合成生物設(shè)施聯(lián)盟、組建深圳市合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院，2019年成立定量工程生物學(xué)重點實驗室。2018年教育部批準(zhǔn)天津大學(xué)建設(shè)合成生物學(xué)前沿科學(xué)中心，2019年科技部支持天津市和中科院聯(lián)合建設(shè)國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心。

1.3 主要項目類型申請與資助情況

1.3.1 面上類項目

從面上類項目申請與資助數(shù)量看，過去十年我國合成生物學(xué)領(lǐng)域發(fā)展較快，特別是2015年以后申請量年均增長率46.87%，資助量年均增長率38.90%。面上類項目申請數(shù)量從2010年44項提高至2019年361項；青年科學(xué)基金項目申請總體呈現(xiàn)快速上升趨勢，在2014年以后青年科學(xué)基金的資助率均高于同期面上類項目；地區(qū)科學(xué)基金項目較少，2016年以前申請與資助項目年均不足十項。

從研究內(nèi)容上看，基因編輯和底盤細(xì)胞/動物模型方面資助97項，資助金額4544萬元；基因組人工合成、人工元器件與基因線路方面項目和經(jīng)費(fèi)較少。其中，基因組人工合成方面資助4項，資助金額129萬元；人工元器件與基因線路方向資助17項，資助金額811萬元；合成代謝與復(fù)雜生物系統(tǒng)方向資助104項，資助金額4906萬元。按照研究對象統(tǒng)計分析，微生物是合成生物學(xué)研究的主要模式生物，共計431項，占比62%，資助金額1.94億，主要包括大腸桿菌、酵母菌、放線菌、霉菌等，分布于158家依托單位；以植物為研究對象的相關(guān)項目85項，資助金額3677萬元，主要包括水稻、小麥、玉米、甜菜、油菜等，分布于62家依托單位；以動物為研究對象的相關(guān)項目59項，資助金額2845萬元，主要包括小鼠、斑馬魚、靈長類、線蟲等，分布于45家依托單位；以人類為研究對象的相關(guān)項目122項，資助金額5047萬元，分布于74家依托單位。

1.3.2 人才類項目

目前，科學(xué)基金共支持合成生物學(xué)相關(guān)人才類項目28項，資助金額9555萬元，涉及依托單位共計18家，包括高等院校11家，科研院所等7家。其中，創(chuàng)新群體研究項目資助7項，資助金額4300萬元；國家杰出青年科學(xué)基金項目6項，資助金額2250萬元；優(yōu)秀青年科學(xué)基金項目15項，資助金額1880萬元。人才類項目以生命科學(xué)部和化學(xué)部資助為主，項目研究方向主要涉及基因編輯、基因調(diào)控元件的模塊化設(shè)計、合成生物技術(shù)與生物系統(tǒng)工程、底盤細(xì)胞構(gòu)建、代謝工程、生物化工等領(lǐng)域。

在創(chuàng)新研究群體項目資助下，天津大學(xué)元英進(jìn)教授團(tuán)隊建立了基因組缺陷靶點快速定位和精準(zhǔn)修復(fù)方法（項目批準(zhǔn)號：21621004），部分研究成果發(fā)表在Science等期刊上［1-2］。清華大學(xué)張學(xué)工教授團(tuán)隊用機(jī)器學(xué)習(xí)方法精確處理基因組學(xué)數(shù)據(jù)，對生物分子調(diào)控機(jī)理進(jìn)行定量與系統(tǒng)建模（項目批準(zhǔn)號：61721003），部分研究工作發(fā)表在Nucleic Acids Research、Protein & Cell、Bioinformatics等期刊［3-5］。中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心趙國屏研究員團(tuán)隊開發(fā)了“MASTER Ligation”方法，可以將多個DNA序列無縫組裝（項目批準(zhǔn)號：31121001），該工作在Nucleic Acids Research期刊發(fā)表［6］。

在國家杰出青年科學(xué)基金等項目資助下，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所呂雪峰研究員開展基因-蛋白-細(xì)胞多尺度的藍(lán)細(xì)菌生物合成調(diào)控研究，實現(xiàn)了微生物高效合成脂肪酸（項目批準(zhǔn)號：31525002），部分研究成果發(fā)表于Biotechnology Ad‐vances、Current Opinion in Biotechnology、Biotechnol‐ogy for Biofuels等期刊上［7-9］。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院戴俊彪研究員在SCRaMbLE技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)了一套“快速、高效”的方法人為誘導(dǎo)酵母基因組重排（項目批準(zhǔn)編號：31725002），該研究工作在Nature Communications、ACS Synthetic Biology等期刊發(fā)表［10-11］。中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心楊晟研究員課題組基于優(yōu)化的谷氨酸棒桿菌基因組編輯工具，構(gòu)建了高產(chǎn)L-脯氨酸的底盤細(xì)胞（項目批準(zhǔn)號：21825804），該研究發(fā)表在ACS Synthetic Biology上［12］。

在優(yōu)秀青年基金等項目資助下，華東師范大學(xué)葉海峰教授構(gòu)建了一種可自動回饋調(diào)節(jié)的胰島素傳感器以及由原兒茶酸調(diào)控的基因元器件（項目批準(zhǔn)號：31522017），該研究部分工作成果發(fā)表于PNAS、Science等期刊［13-14］。北京大學(xué)魏平教授在酵母中設(shè)計了一個基于人核因子κB（NF-κB）的系統(tǒng)，證明了合成NF-κB系統(tǒng)可以在體內(nèi)控制周期性振蕩的峰形和頻率（項目批準(zhǔn)號：31622022），該成果發(fā)表于Cell Systems期刊［15］。武漢大學(xué)劉天罡教授開發(fā)了脂肪酸無細(xì)胞體系合成系統(tǒng)（項目批準(zhǔn)號：31222002），部分工作發(fā)表在Metabolic Engineering等期刊［16-17］。中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所張學(xué)禮研究員發(fā)現(xiàn)了大腸桿菌細(xì)胞控制不同類型還原力合成的一系列新靶點，揭示了合成代謝的還原力平衡問題（項目批準(zhǔn)號：31522002），部分工作發(fā)表在Metabolic Engineering發(fā)表［18-20］。江南大學(xué)劉龍教授從代謝途徑動態(tài)分析、代謝網(wǎng)絡(luò)模塊組裝、調(diào)控網(wǎng)絡(luò)解析重構(gòu)等角度探討了代謝工程研究的方法和策略（項目批準(zhǔn)號：31622001），部分研究成果發(fā)表在Metabolic Engineering、Nucleic Acids Research、ACS Synthetic Biology上［21-23］。

1.3.3 重點類項目

自然科學(xué)基金資助合成生物學(xué)領(lǐng)域重點項目12項，資助金額3271萬元，主要涉及模式生物構(gòu)建、微生物藥物合成、人工生命體系、細(xì)胞工廠、代謝調(diào)控等方向。資助合成生物學(xué)領(lǐng)域重大項目5項，資助金額2992萬元，主要聚焦輔因子工程、合成生物學(xué)育種等領(lǐng)域。資助合成生物學(xué)領(lǐng)域重大研究計劃5項，資助金額325萬元，主要涉及納米元器件、真核生物調(diào)控元件、疾病非人靈長類動物模型等。

在重點項目等資助下，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心覃重軍研究員將釀酒酵母的16條染色體融合成一條，創(chuàng)建了第一個具有單個線性染色體的真核生物（SY14酵母）（項目批準(zhǔn)號：31830105），該研究成果發(fā)表在Nature Protocols上［24］。中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所唐功利研究員課題組揭示了一種原核生物“胞內(nèi)藥效團(tuán)失活-前藥外泌與成熟-胞外藥效團(tuán)再生-宿主周邊活性抗生素濃度調(diào)控”自抗性機(jī)制（項目批準(zhǔn)號：31330003），該研究成果發(fā)表于PNAS上［25］。北京化工大學(xué)袁其朋教授團(tuán)隊構(gòu)建戊二酸大宗化學(xué)品高產(chǎn)大腸桿菌底盤細(xì)胞（項目批準(zhǔn)號：21636001），部分研究成果發(fā)表于Nature Communications等期刊［26］。石河子大學(xué)葉邦策教授解析了微生物?；揎椣到y(tǒng)及調(diào)控信號通路（項目批準(zhǔn)號：31730004），部分研究工作發(fā)表在Cell Chemical Biology等雜志［27］。

在重大項目等資助下，天津大學(xué)元英進(jìn)教授團(tuán)隊致力于高效生物催化劑的構(gòu)建與優(yōu)化（項目批準(zhǔn)號：21390203），部分成果發(fā)表在Chemical Society Reviews等期刊上［28］。南京工業(yè)大學(xué)應(yīng)漢杰教授團(tuán)隊在重大項目（項目批準(zhǔn)號：21390204）資助下，對輔因子調(diào)控系統(tǒng)與固有的代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行解析實現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物的高效制備，部分成果發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition等期刊上［29］。南京工業(yè)大學(xué)歐陽平凱教授團(tuán)隊通過理性設(shè)計建立高效的生物催化劑（項目批準(zhǔn)號：21390200），部分成果發(fā)表在Scientific Reports等期刊上［30］。

在重大研究計劃等項目的支持下，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心仇子龍研究員團(tuán)隊建立了非人靈長類的孤獨(dú)癥動物模型（項目批準(zhǔn)號：91432111），部分研究成果發(fā)表在Nature等期刊［31］。北京大學(xué)徐成冉教授團(tuán)隊破譯了外分泌和內(nèi)分泌胰腺譜系以及沿發(fā)育途徑的中間祖細(xì)胞群的發(fā)育軌跡和調(diào)控策略（項目批準(zhǔn)號：91753138），該研究發(fā)表在The EMBO Journal［32］。復(fù)旦大學(xué)田衛(wèi)東教授團(tuán)隊結(jié)合Hi-C（high-through chromosome conformation capture）與系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)性數(shù)據(jù)，預(yù)測真核生物遠(yuǎn)端調(diào)控元件與調(diào)控靶基因之間的關(guān)系（項目批準(zhǔn)號：91231116），該成果發(fā)表于Nucleic Acids Research雜志［33］。

1.3.4 國際（地區(qū)）合作研究與交流項目等

為了促進(jìn)我國科研人員立足科學(xué)前沿，有效利用國際科技資源，開展實質(zhì)性研究與學(xué)術(shù)交流。十年間，合成生物學(xué)領(lǐng)域共資助國際（地區(qū)）合作與交流項目17項，資助金額3780萬元，依托單位共計14家。包括重點國際（地區(qū)）合作研究項目6項、資助金額1466萬元，組織間合作研究項目10項、資助金額2271萬元以及海外及港澳學(xué)者合作研究基金項目1項。其中組織間合作項目從合作對象來看，我國共與7個組織開展合成生物學(xué)領(lǐng)域合作研究，包括中新（NSFC-NRF）合作共計4項，主要研究領(lǐng)域包括病毒智能傳感器、蛋白合成基因集構(gòu)建、工程酶級聯(lián)反應(yīng)、代謝工程等；中瑞（NSFC-VR）、A3前瞻計劃（中日韓）、中歐（NSFC-EU）、中美（NSFC-NIH）、中荷（NSFCNWO）、中瑞（NSFC-VR），聚焦領(lǐng)域為天然化合物合成生物學(xué)、酶的人工設(shè)計與定向進(jìn)化、疾病動物模型構(gòu)建、細(xì)胞工廠構(gòu)建等。

在國際（地區(qū)）合作項目等資助下，上海交通大學(xué)鄧子新教授課題組通過合成生物學(xué)手段構(gòu)建通用放線菌宿主底盤，為放線菌源藥物的開發(fā)奠定基礎(chǔ)（批準(zhǔn)項目編號：21661140002），部分研究成果發(fā)表于PNAS、Journal of The American Chemical Society、ACS Chemical Biology等期刊［34-36］。華中科技大學(xué)潘林強(qiáng)教授團(tuán)隊引入了適體-底物策略來控制可編程的DNA折紙模式，為構(gòu)建復(fù)雜的DNA納米機(jī)器提供了一個新平臺（批準(zhǔn)項目編號：61320106005），該研究發(fā)表在ACS Applied Materials&Interfaces［37］。上海交通大學(xué)馮雁教授團(tuán)隊基于多聚酶納米簇（MENC）使靛藍(lán)合成的起始速率提高了三倍以上，并在穩(wěn)定性和可重復(fù)使用性方面也顯著改善（批準(zhǔn)項目編號：31620103901），研究成果發(fā)表在ACS Biomaterials-Science&Engineering上［38］。中國科學(xué)院南海海洋研究所張長生研究員團(tuán)隊通過失活玫瑰單胞菌氨基轉(zhuǎn)移酶基因，分離出多種環(huán)磷酰胺芳族聚酮化合物（批準(zhǔn)項目編號：31820103003），該研究成果發(fā)表在Marine Drugs上［39］。中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所劉文研究員團(tuán)隊以多樣性為導(dǎo)向的天然產(chǎn)物生物合成的方法促進(jìn)天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)多樣化（批準(zhǔn)項目編號：21520102004），部分研究成果發(fā)表在Journal of the American Chemical Society上［40］。

此外，合成生物學(xué)領(lǐng)域共資助3項專項項目，資助金額400萬元；資助應(yīng)急管理項目14項，資助金額1075萬元。在應(yīng)急管理項目的資助下（批準(zhǔn)項目編號：21740001），北京大學(xué)陳鵬教授課題組與王初研究員課題組合作發(fā)展了一種在活體細(xì)胞或動物內(nèi)瞬時激活蛋白質(zhì)的普適性新技術(shù)，該成果發(fā)表在Nature上［41］。中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所唐功利研究員團(tuán)隊開發(fā)了一種多重激活策略，以喚醒與四環(huán)素聚酮化合物相關(guān)的隱秘生物合成基因簇，從而發(fā)現(xiàn)具有不同核心結(jié)構(gòu)的化合物（批準(zhǔn)項目編號：21750002），相關(guān)成果發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上［42］。南京工業(yè)大學(xué)陳可泉教授課題組開發(fā)了從L-賴氨酸生產(chǎn)1，5-戊二胺的全細(xì)胞生物催化劑（批準(zhǔn)項目編號：31440024），研究成果發(fā)表在Scientific Reports上［43］。

2 合成生物學(xué)發(fā)展規(guī)劃與布局

合成生物學(xué)領(lǐng)域全球研究力量主要分布在美國和歐洲，他們高度重視合成生物學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)研究，通過一系列科技發(fā)展計劃和研究項目，從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)用全鏈條布局，對我國合成生物學(xué)領(lǐng)域的學(xué)科發(fā)展、項目資助與管理、產(chǎn)業(yè)布局等都具有借鑒意義。

2.1 其他國家合成生物學(xué)研究布局情況

2006年美國自然科學(xué)基金會（NSF）開始合成生物學(xué)的大規(guī)模投資，投入2000萬美元建立合成生物學(xué)工程中心。2011年，美國國防部高級研究計劃宣布一項被稱為“生命鑄造廠”的計劃［44］。美國能源部投資上億美元幫助藍(lán)寶石能源公司在新墨西哥建立大規(guī)模藻類能源試驗工廠［45］。2009年，美國國家科學(xué)院、經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織、英國皇家學(xué)會共同主辦了題為“合成生物學(xué)新興領(lǐng)域中的機(jī)會與挑戰(zhàn)”的國際學(xué)術(shù)研討會［46］；2010年6月，美國威爾遜國際學(xué)者中心發(fā)布了一份合成生物學(xué)政府資助經(jīng)費(fèi)分析報告，報告指出，2005—2010年，美國政府對有關(guān)合成生物學(xué)的研究經(jīng)費(fèi)支持逾4.3億美元，超過同一時期歐盟和3個歐洲國家（荷蘭、英國和德國）投入的總和［44］。2010年，美國生物技術(shù)工業(yè)組織（BIO）總結(jié)了合成生物學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域，主要包括從農(nóng)業(yè)廢棄物打造“綠色化學(xué)”產(chǎn)業(yè)、生物天然可再生橡膠輪胎、生產(chǎn)能直接替代石油的生物燃料和化學(xué)品、抗生素和維生素生物合成工業(yè)等8個方面［44］。2014年，美國DARPA發(fā)起“生命鑄造廠-千分子”計劃，預(yù)計生產(chǎn)1000個自然界不存在、獨(dú)特的分子和化學(xué)模塊，該計劃是對“生命鑄造廠”項目的補(bǔ)充。此外，美國能源部在這一年發(fā)起了三項合成生物學(xué)的應(yīng)用項目，包括“利用人工修飾大腸桿菌將甲烷轉(zhuǎn)換為正丁醇”項目、“利用合成甲基營養(yǎng)型酵母生產(chǎn)液體燃料”項目和“厭氧生物轉(zhuǎn)化甲烷成甲醇”項目等。2014年，美國國防部將合成生物學(xué)列為21世紀(jì)優(yōu)先發(fā)展的六大顛覆性技術(shù)之一；2016年，美國NSF發(fā)起“非酶RNA復(fù)制”項目，研究自然界原始的RNA復(fù)制；同年，美國Craig Venter及其團(tuán)隊成功構(gòu)建“絲狀支原體JCVI-syn3.0”，完成世界最小細(xì)菌基因組的構(gòu)建［47］；美國Ginkgo Bio Works公司使用機(jī)器人生產(chǎn)線創(chuàng)造微生物，以生產(chǎn)用于香料、殺蟲劑和飲料等的化學(xué)品。此外，美國國家科學(xué)院啟動“合成生物學(xué)帶來的新威脅識別與應(yīng)對策略研究”項目，重點對致病微生物的生物學(xué)功能、致病機(jī)理的改造與操控等進(jìn)行研究，最終目標(biāo)是為國防部提供關(guān)于合成生物學(xué)的安全威脅評估與應(yīng)對措施建議［48］。2018年6月，受美國國防部委托，美國國家科學(xué)院對合成生物學(xué)可能引發(fā)的生物威脅進(jìn)行了評估，并發(fā)布了《合成生物學(xué)時代的生物防御》報告［49］。2019年，合成基因組研究被Nature期刊評為當(dāng)年最值得期待的7項生物技術(shù)之一。

2005年歐盟委員會召集針對合成生物學(xué)展開專題討論，并在六個框架計劃下投入3200萬歐元支持合成生物學(xué)研究和政策研究項目，擬采取研究集群方式持續(xù)支持合成生物學(xué)領(lǐng)域的研究［45］。2009年德國研究基金會、德國科學(xué)與工程學(xué)院以及德國Leopoldina科學(xué)院聯(lián)合發(fā)表《合成生物學(xué)——機(jī)遇與風(fēng)險》的報告，建議加強(qiáng)和推動基礎(chǔ)研究，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科合作和基礎(chǔ)設(shè)施共享，加強(qiáng)知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)和合成生物學(xué)培訓(xùn)。2011年，法國高等教育與研究部發(fā)布《合成生物學(xué)發(fā)展、潛力與挑戰(zhàn)》的報告，提出科學(xué)界與社會界加強(qiáng)合作與溝通、培育多學(xué)科研究中心、鼓勵各科研機(jī)構(gòu)間以及產(chǎn)業(yè)間的合作、控制風(fēng)險等促進(jìn)法國合成生物學(xué)發(fā)展的建議。英國2012年發(fā)布《合成生物學(xué)路線圖》，推動了英國合成生物學(xué)研究中心和產(chǎn)業(yè)中心的建立［50］。2009—2015年，英國累計投入3億英鎊用于支持建設(shè)合成生物學(xué)創(chuàng)新中心，開發(fā)平臺技術(shù)，開展科學(xué)研究（如資助光合合成生物學(xué)研究）。2016年發(fā)布《英國合成生物學(xué)戰(zhàn)略計劃2016》，在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化方面提出，關(guān)注合成生物學(xué)在藥物、醫(yī)療、精細(xì)化學(xué)品、能源、環(huán)境、傳感、農(nóng)業(yè)和食品等方面的應(yīng)用。2018年，英國發(fā)布《2017年英國合成生物學(xué)初創(chuàng)調(diào)查》，該報告顯示英國在2000—2016年期間，對合成生物學(xué)的政府公共投資達(dá)5600萬英鎊，來自私人的投資達(dá)5.64億英鎊，成立合成生物企業(yè)146家。在此基礎(chǔ)上，英國皇家合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化中心提出下一個五年戰(zhàn)略（到2023年），旨在進(jìn)一步擴(kuò)展創(chuàng)新研究和學(xué)術(shù)生態(tài)的覆蓋范圍，打造合成生物學(xué)研究及應(yīng)用創(chuàng)新集群［51］。

2.2 國家自然科學(xué)基金資助合成生物學(xué)領(lǐng)域的主要舉措

國家自然科學(xué)基金采取系列措施積極支持合成生物學(xué)相關(guān)研究領(lǐng)域。2015年國家自然科學(xué)基金指南中明確提出，“利用生命合成過程中的生物體系（如微生物）和基本工作單元（如酶）和合成目標(biāo)分子或完成特定化學(xué)反應(yīng)；在以上研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)生命科學(xué)新技術(shù)與生物體系的新理論體系，對復(fù)雜生命體系進(jìn)行化學(xué)組裝合計模擬，發(fā)展新的疾病診斷手段，研究藥物開發(fā)中的化學(xué)生物學(xué)問題”。2019化學(xué)科學(xué)學(xué)部提出“借鑒生命體系的生物合成和轉(zhuǎn)化過程，結(jié)合物理等學(xué)科的研究方法和技術(shù)，發(fā)展新的合成策略；探討合成反應(yīng)和物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的機(jī)理與本質(zhì)規(guī)律，建立相應(yīng)的理論體系與實驗基礎(chǔ)”。同年，生命科學(xué)學(xué)部成立“分子生物學(xué)與生物技術(shù)（C21）”學(xué)科，合成生物學(xué)列為二級申請代碼，明確提出合成生物學(xué)是“利用合成生物技術(shù)、通過對生命體物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化途徑的人工設(shè)計與優(yōu)化，或設(shè)計制造人工生命體，以期達(dá)到增強(qiáng)生物體機(jī)能、實現(xiàn)尚未自然進(jìn)化的生物學(xué)新功能的目的”，其重點支持領(lǐng)域：生命組學(xué)技術(shù)、基因編輯與生物大分子操控、蛋白質(zhì)設(shè)計與疫苗工程等。

國家自然科學(xué)基金搭建溝通交流平臺著力推動領(lǐng)域發(fā)展。2017年10月，第193期雙清論壇在上海召開。此次論壇的主題是“合成生物學(xué)”研究前沿與進(jìn)展，與會專家從“先進(jìn)使能技術(shù)”“設(shè)計和構(gòu)建生物功能元件”“人工設(shè)計與合成生物體系”等方面展開了深入的討論。凝煉未來3～5年合成生物學(xué)重點資助方向：生物元件及隱性生物合成途徑的挖掘與表征，智能元器件及生物合成體系的設(shè)計及定向進(jìn)化，功能分子人工合成通路及其與底盤的適配性，智能化環(huán)境影響的合成生物體系，基于合成生物體系的生物學(xué)機(jī)理研究，人工合成生物體系新模式的塑造，人工生物體系構(gòu)建與運(yùn)行的新技術(shù)新方法［52］。2017年11月國家自然科學(xué)基金委員會-英國愛丁堡皇家學(xué)會合成生物學(xué)研討會在中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所召開，專家圍繞合成有機(jī)體、天然產(chǎn)物生物合成以及合成生物學(xué)技術(shù)等主題進(jìn)行交流。

3 合成生物學(xué)領(lǐng)域發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

3.1 合成生物學(xué)領(lǐng)域代表性成果不足

在合成生物學(xué)領(lǐng)域，我國科學(xué)家已具備在生命學(xué)科頂級期刊發(fā)表論文的能力，一些研究成果引起了國際同行的關(guān)注，這標(biāo)志著中國已經(jīng)成為國際上合成生物學(xué)研究的重要基地之一。盡管如此，我國在引領(lǐng)合成生物學(xué)未來發(fā)展的研究領(lǐng)域方面開拓能力不足。比如，創(chuàng)造嶄新的合成生物學(xué)研究方向，產(chǎn)出從無到有的原創(chuàng)性成果，提出合成生物學(xué)新理論、新方法和揭示新規(guī)律等方面仍有一定差距。

3.2 頂尖水平研究團(tuán)隊與領(lǐng)軍人才缺乏

從研究對象角度，我國合成生物學(xué)研究隊伍約一半以上集中在以微生物為模式的研究領(lǐng)域，其他方面的人才隊伍相對薄弱。從事合成生物學(xué)研究的人員，主要是立足于代謝工程、基因工程、酶工程等原有研究基礎(chǔ)上的群體。因此，源頭創(chuàng)新的合成生物學(xué)研究積累較少，導(dǎo)致知識教育層面上未形成獨(dú)立渠道，學(xué)術(shù)大師與創(chuàng)新團(tuán)隊比較缺乏，在本領(lǐng)域的人才引進(jìn)和培養(yǎng)方面仍有較大提升空間。

3.3 技術(shù)方法與平臺建設(shè)欠缺

盡管我國圍繞合成生物學(xué)研究積極布局研究基地、設(shè)立研發(fā)中心，強(qiáng)化支持重點實驗室等平臺建設(shè)。然而合成生物學(xué)研究的支撐力不足，尤其是以新技術(shù)方法為切入點的資助項目占比偏低，比如在染色體編輯，調(diào)控元件、回路、底盤細(xì)胞發(fā)掘與改造，基因線路構(gòu)建等方面的資助項目占比仍比較小。亟需構(gòu)建以新技術(shù)、新方法驅(qū)動的，學(xué)科交叉融通為標(biāo)志的重大合成生物學(xué)研究平臺。

3.4 基礎(chǔ)到應(yīng)用研究銜接不夠

合成生物學(xué)作為“編寫基因組”的重要科技前沿，其進(jìn)展將在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)化學(xué)品以及生物燃料等領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。我國合成生物學(xué)研究集中在基礎(chǔ)科學(xué)方法、以及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)前期探索等方面。目前沒有形成良好的從基礎(chǔ)研究到開發(fā)應(yīng)用的銜接機(jī)制，未來應(yīng)關(guān)注合成生物學(xué)在藥物、醫(yī)療、精細(xì)化學(xué)品、能源、環(huán)境、傳感、農(nóng)業(yè)和食品等方面的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

4 加強(qiáng)合成生物學(xué)領(lǐng)域資助管理的思考

4.1 強(qiáng)化支持合成生物學(xué)源頭創(chuàng)新

按照需求導(dǎo)向、問題導(dǎo)向、目標(biāo)導(dǎo)向，從國家發(fā)展需要出發(fā)，提升合成生物學(xué)源頭創(chuàng)新能力。瞄準(zhǔn)世界科技前沿，強(qiáng)化合成生物學(xué)基礎(chǔ)研究，對前瞻性基礎(chǔ)研究提前布局，引領(lǐng)合成生物學(xué)領(lǐng)域原創(chuàng)成果重大突破。從重大類型項目出發(fā)，加強(qiáng)合成生物學(xué)頂層設(shè)計、推動學(xué)科間的交叉融合。根據(jù)合成生物學(xué)研究跨學(xué)科交叉的特點，鼓勵探索基于不同交叉學(xué)科的合成生物學(xué)新技術(shù)、新方法，為源頭創(chuàng)新提供技術(shù)“源動力”。持續(xù)營造鼓勵自由探索、寬容失敗的創(chuàng)新環(huán)境，創(chuàng)造良好的資助環(huán)境，培育開拓性研究方向，鼓勵提出合成生物學(xué)新理論、新方法，孵育從無到有的引領(lǐng)性原創(chuàng)成果，推動合成生物學(xué)發(fā)展。

4.2 推進(jìn)合成生物學(xué)科研隊伍建設(shè)，培養(yǎng)創(chuàng)新人才

依托各類項目，吸引合成生物學(xué)領(lǐng)域海外優(yōu)秀中青年人才回國和培養(yǎng)本土學(xué)術(shù)基礎(chǔ)扎實、具有突出創(chuàng)新能力的優(yōu)秀人才。在各類項目探索過程中，發(fā)掘和培養(yǎng)創(chuàng)新人才，逐步形成梯度合理、銜接有序的科研人才隊伍。針對合成生物學(xué)共性科學(xué)難題，推動凝聚具有活力、高效協(xié)同的科技攻關(guān)隊伍，加強(qiáng)不同學(xué)科尖端人才之間的合作交流，培養(yǎng)一批具有國際視野的合成生物學(xué)領(lǐng)域領(lǐng)軍人才和高水準(zhǔn)創(chuàng)新團(tuán)隊。

4.3 優(yōu)化資源配置，促進(jìn)學(xué)科交叉融合

優(yōu)化資源配置，鼓勵開展多元化的合成生物學(xué)研究。適當(dāng)向以探索復(fù)雜生物學(xué)過程本質(zhì)和以人類、動物、植物為研究對象的合成生物學(xué)研究加以傾斜。如鼓勵構(gòu)建通用動、植物研究模型；發(fā)展和完善動、植物底盤基因組水平設(shè)計與重構(gòu)的技術(shù)；解析重要動、植物活性代謝物的生物合成、調(diào)控及轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制；設(shè)計和重塑植物次級代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。關(guān)注人類疾病治療相關(guān)基因元器件、調(diào)控元器件、傳感器元器件的交叉學(xué)科研究，應(yīng)用合成生物學(xué)元件開發(fā)人類疾病診斷和治療新策略。

4.4 探索合成生物學(xué)基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化應(yīng)用機(jī)制

合成生物學(xué)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展將推動工農(nóng)業(yè)、健康、能源、環(huán)保等領(lǐng)域的巨大變革，探索合成生物學(xué)基礎(chǔ)研究成果的轉(zhuǎn)化尤為重要。借鑒合成生物學(xué)應(yīng)用強(qiáng)國（英國、美國等）發(fā)展經(jīng)驗，從頂層設(shè)計我國合成生物學(xué)學(xué)術(shù)研究到產(chǎn)品應(yīng)用的銜接機(jī)制，創(chuàng)造合成生物學(xué)研究支持的應(yīng)用創(chuàng)新集群，促進(jìn)合成生物學(xué)成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用。高度重視并參與國際合成生物學(xué)指南制定與推廣，提高我國在服務(wù)指南中的國際話語權(quán)，積極開展有關(guān)元件和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定研究，進(jìn)一步加強(qiáng)在合成生物學(xué)相關(guān)研究領(lǐng)域的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)與管理等。