我國“合成生物學(xué)”項目立項概況與實施管理建議

曹芹，曠苗，王晶，譚昳，田金強

（中國生物技術(shù)發(fā)展中心，北京 100039）

“合成生物學(xué)”是一門新興、交叉、匯聚、顛覆性學(xué)科。它在系統(tǒng)生物學(xué)基礎(chǔ)上，融合工程科學(xué)原理，采用自下而上的策略，重編改造天然的或設(shè)計合成新的生物體系，以揭示生命規(guī)律和構(gòu)筑新一代生物工程體系，被喻為認(rèn)識生命的鑰匙（建物致知）、改變未來的顛覆性技術(shù)（建物致用）［1］。2018 年國家科學(xué)技術(shù)部啟動重點研發(fā)計劃“合成生物學(xué)”重點專項，確立其總體目標(biāo)為，針對人工合成生物創(chuàng)建的重大科學(xué)問題，圍繞物質(zhì)轉(zhuǎn)化、生態(tài)環(huán)境保護、醫(yī)療水平提高、農(nóng)業(yè)增產(chǎn)等重大需求，突破合成生物學(xué)的基本科學(xué)問題，構(gòu)建幾個實用性的重大人工生物體系，創(chuàng)新合成生物前沿技術(shù)，為促進生物產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與經(jīng)濟綠色增長等做出重大科技支撐。

“合成生物學(xué)”專項改變過去科技計劃按不同研發(fā)階段設(shè)置和部署的做法，按照基礎(chǔ)前沿、重大共性關(guān)鍵技術(shù)到應(yīng)用示范進行全鏈條設(shè)計，一體化組織實施。同時合成生物學(xué)的交叉、匯聚、顛覆性，以及典型的生物兩用性，對專項組織實施提出很高的要求。本文作者對專項的任務(wù)設(shè)置、項目申請與資助情況進行梳理，并提出項目申請與執(zhí)行的建議，旨在使業(yè)界對“合成生物學(xué)”專項有個全面、深入的認(rèn)識，提升立項申請工作的質(zhì)量與效率，在項目執(zhí)行中采取針對性管理措施，并為凝練下一步研究方向提供參考依據(jù)。

1 “合成生物學(xué)”重點專項部署

面對經(jīng)過億萬年自然選擇壓力下進化形成的高度動態(tài)、靈活調(diào)控、非線性且難以預(yù)測的復(fù)雜生命體系，如何以工程化的設(shè)計，獲得特定的生物器件或合成一個完整的、遺傳程序經(jīng)過重新設(shè)計的人工生物，是合成生物學(xué)面臨的重大挑戰(zhàn)。解決這一挑戰(zhàn)，不僅需要研究人工生命設(shè)計與構(gòu)建的科學(xué)原理，豐富、發(fā)展和創(chuàng)新合成生物學(xué)理論，更需要一系列方法和技術(shù)創(chuàng)新的支撐。本專項以構(gòu)建實用性的人工合成生物體系為目標(biāo)，以基因回路、功能裝置和人工細(xì)胞的創(chuàng)建為核心任務(wù)，從設(shè)計合成不同功能的元件、模塊和系統(tǒng)等不同層面開展理論研究和技術(shù)創(chuàng)新工作，提升生命科學(xué)的定量預(yù)測、精準(zhǔn)化設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)化合成與精確調(diào)控的知識基礎(chǔ)與技術(shù)能力，解決人工生物構(gòu)建的基礎(chǔ)科學(xué)問題以及在工業(yè)制造、農(nóng)業(yè)固氮、智能醫(yī)療等方面應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。專項設(shè)置“人工基因組合成與高版本底盤細(xì)胞”“人工元器件與基因線路”“人工細(xì)胞合成代謝與復(fù)雜生物系統(tǒng)”以及“使能技術(shù)體系與生物安全評估”等4項主要任務(wù)，涵蓋11 個任務(wù)模塊、47 個研究方向。本專項總概算為23.161 億元，其中中央財政專項經(jīng)費18.161 億元，深圳部市聯(lián)動經(jīng)費5 億元。專項實施年限為2018—2022年，共5年。

2018—2020年，本專項共發(fā)布指南方向79個，已經(jīng)基本覆蓋所有任務(wù)模塊。2018—2019 年已安排專項經(jīng)費約13.51 億元，2020 年指南預(yù)計安排專項經(jīng)費3.8億元，截至2020年底，預(yù)計安排的專項經(jīng)費約占本專項總概算的74%。各任務(wù)模塊指南部署情況見表1～表4。

表1 專項“任務(wù)1”中各任務(wù)模塊部署情況Tab.1 Deployment of each task module in Task 1

表2 專項“任務(wù)2”中各任務(wù)模塊部署情況Tab.2 Deployment of each task module in Task 2

續(xù)表

表3 專項“任務(wù)3”中各任務(wù)模塊部署情況Tab.3 Deployment of each task module in Task 3

表4 專項“任務(wù)4”部署情況Tab.4 Deployment of Task 4

續(xù)表

2 項目申請及資助情況

“合成生物學(xué)”專項2018—2019年，共正式申請項目165項，獲得立項67項（包含9個青年項目）；共申請專項經(jīng)費約33.41億元，獲得資助約13.51億元。

2.1 項目在創(chuàng)新鏈條中的分布

本專項項目按照研究內(nèi)容在創(chuàng)新鏈條中所處階段，分為基礎(chǔ)研究類、共性關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用示范類以及其他項目類別。正式申請及立項項目按項目類別統(tǒng)計見表5?；A(chǔ)研究類申請了107項，獲得立項50項；申請專項經(jīng)費約21.52億元，獲得資助約9.58億元。共性關(guān)鍵技術(shù)類申請了48項，獲得立項17項；申請專項經(jīng)費約10.32億元，獲得資助約3.93億元。產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用示范類以及其他類各申請5項，未獲資助。

從表5可以看出，申請的項目中基礎(chǔ)研究類最多，產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用示范類最少，這與合成生物學(xué)的學(xué)科特點和專項定位一致。合成生物學(xué)是21世紀(jì)初新興的生物學(xué)研究領(lǐng)域，也是基于生物學(xué)與化學(xué)、工程學(xué)、計算、生物信息學(xué)等多學(xué)科交叉，目前以原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究為主。

2.2 項目按研究任務(wù)統(tǒng)計

本專項正式申請和立項項目按研究任務(wù)統(tǒng)計見表6?；蚪M人工合成與高版本底盤細(xì)胞類申請了44 項，獲得立項20 項；申請專項經(jīng)費約8.93 億元，獲得資助約4.19 億元。人工元器件與基因線路類申請了55 項，獲得立項19 項；申請專項經(jīng)費約11.84 億元，獲得資助約4.04 億元。人工細(xì)胞合成代謝與復(fù)雜生物系統(tǒng)類申請了57 個項目，獲得立項24 項；申請專項經(jīng)費約11.13 億元，獲得資助約4.48 億元。使能技術(shù)體系與生物安全評估類申請了9 個項目，獲得立項4 項；申請專項經(jīng)費約1.51億元，獲得資助約0.80億元。

項目的平均資助率為40.4%，其中“人工元器件與基因線路”方向資助率相對較低，主要因為該任務(wù)中2018 年和2019 年分別有一個指南方向流標(biāo)。

表5 按項目類別統(tǒng)計申請及立項項目情況Tab.5 Statistics of applications and projects by project category in program

2.3 項目申請和承擔(dān)單位地域分布

本專項正式申請和立項項目按?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市及特別行政區(qū)）統(tǒng)計見表7。廣東、北京、天津、上海、湖北申請項目數(shù)和立項數(shù)均居于全國前五（江蘇立項數(shù)與湖北并列第五），申請數(shù)約占所有申請項目總數(shù)的70.9%，立項數(shù)占所有立項項目總數(shù)的77.6%，獲得資助經(jīng)費占專項總經(jīng)費的79.2%。其中，北京立項項目數(shù)居全國首位，共立項14 項，占全部立項項目的20.9%，獲得資助經(jīng)費2.93億元，占專項總經(jīng)費的21.7%。

該項目采用矢量環(huán)法針對加熱爐建立了一種進出料機械手的運動學(xué)模型，利用VB編程求解運動學(xué)理論數(shù)據(jù)。同時利用ADAMS/View軟件對該機械手進行建模仿真，在數(shù)據(jù)后處理中得出該機械手仿真運動學(xué)數(shù)據(jù)，以驗證矢量環(huán)法建立模型的正確性。采用自適應(yīng)模擬退火方法對機械臂尺寸參數(shù)進行優(yōu)化，在滿足任務(wù)要求的前提下，降低機械手末端執(zhí)行器在運動過程中的加速度來減小慣性力。

項目申請與立項的地域分布與當(dāng)?shù)卮髮W(xué)、科研院所等科技資源配置和學(xué)科方向布局密切相關(guān)。建議中西部單位積極申請，并加強同國內(nèi)優(yōu)勢單位的科研合作。同時，項目承擔(dān)單位的地域分布情況，也為合成生物學(xué)領(lǐng)域人才隊伍建設(shè)、科技創(chuàng)新基地建設(shè)和學(xué)科布局優(yōu)化調(diào)整等提供了參考。

表6 按研究任務(wù)統(tǒng)計申請和立項項目情況Tab.6 Statistics of applications and projects by research task in program

表7 按省（自治區(qū)、直轄市及特別行政區(qū)）統(tǒng)計申請和立項項目情況Tab.7 Statistics of applications and projects by province in program

2.4 項目申請（承擔(dān)）單位性質(zhì)統(tǒng)計

本專項正式申請和立項項目按承擔(dān)單位性質(zhì)統(tǒng)計見表8。大專院校作為承擔(dān)單位申請的項目數(shù)占申請項目總數(shù)的61.2%，立項數(shù)占已立項項目的67.2%；資助經(jīng)費占專項總經(jīng)費的65.4%。事業(yè)型研究單位作為承擔(dān)單位申請的項目數(shù)占共申請項目數(shù)的29.7%，立項數(shù)占已立項項目的29.9%，資助經(jīng)費占專項總經(jīng)費的31.2%。其他事業(yè)單位作為承擔(dān)單位申請的項目數(shù)量占共申請數(shù)的2.42%，立項數(shù)占已立項項目的3.0%，資助經(jīng)費占專項總經(jīng)費的3.4%。企業(yè)類作為承擔(dān)單位申請項目數(shù)占共申請項目數(shù)的6.7%，未獲得立項。

表8 按承擔(dān)單位性質(zhì)統(tǒng)計申請和立項項目情況Tab.8 Statistics of applications and projects by nature of enterprise in program

從表8可以看出，申請和立項項目單位均以大專院校和事業(yè)型研究單位為主，企業(yè)申請數(shù)相對較少，且競爭力較低，這與研究型單位基礎(chǔ)研究能力較強有關(guān)。

2.5 部市聯(lián)動任務(wù)和港澳單位的申請及立項情況

本專項指南中專門安排了部市聯(lián)動任務(wù)，共計17 個指南方向。2018—2019 年共申請了26 項，獲得立項12 項；申請專項經(jīng)費約6.53 億元，獲得資助約3.01 億元，約占部市聯(lián)動任務(wù)總經(jīng)費60%，項目資助率達46.2%。

“合成生物學(xué)”重點專項作為首批試點之一向港澳開放。香港單位2018 年和2019 年度分別申請項目1項，均未獲立項。此外，2018年度香港單位參與3 個立項項目；2019 年度澳門單位參與1 個立項項目。港澳單位參與項目情況見表9。

表9 港澳單位參與項目情況Tab.9 Statistics of participation of enterprises in Hongkong and Macao in program

2.6 青年項目申請與立項情況

本專項在部分指南方向設(shè)置了青年科學(xué)家項目，只允許35 周歲及以下的青年申請。青年項目的資助率達39.1%（表10），較常規(guī)項目資助率低，但與國家自然科學(xué)基金委員會青年科學(xué)基金項目相比（國家自然科學(xué)基金委員會2019 年青年科學(xué)基金項目資助率為17.9%［2］），從資助經(jīng)費額度和資助率方面來看，均具有相當(dāng)優(yōu)勢。青年項目資助明細(xì)見表11。

表10 青年項目申請和資助情況Tab.10 Statistics of applications and projects in youth program

表11 青年項目資助明細(xì)Tab.11 List of funding projects in youth program

3 思考與建議

3.1 項目申請應(yīng)緊扣專項特點和指南要求

項目申請單位在組織項目過程中，應(yīng)緊扣“合成生物學(xué)”重點專項的特點，聚焦研發(fā)問題，整合集成全國相關(guān)領(lǐng)域的優(yōu)勢創(chuàng)新團隊，強化基礎(chǔ)研究、共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和典型應(yīng)用示范各項任務(wù)間的統(tǒng)籌銜接，集中力量，聯(lián)合攻關(guān)。

申報材料的組織撰寫，應(yīng)該嚴(yán)格按照指南要求。申請書形式審查中常見問題主要有：超項問題；聯(lián)合申請協(xié)議不齊全、未簽字蓋章；未提交誠信承諾書；項目申請材料未按格式要求填寫完整等。特別指出的是，2020 年項目申請試行無紙化申請，網(wǎng)上提交的材料就是最后專業(yè)機構(gòu)進行形式審查、項目評審立項的依據(jù)。另外，加強對申請材料審核把關(guān)。項目申請單位及所有參與單位要切實落實《關(guān)于進一步加強科研誠信建設(shè)的若干意見》要求，杜絕夸大不實和弄虛作假。

3.2 項目執(zhí)行應(yīng)遵循學(xué)科特點

合成生物學(xué)作為交叉學(xué)科，需要匯聚不同專業(yè)領(lǐng)域的人才團隊，從多角度開展聯(lián)合研究。項目承擔(dān)單位應(yīng)有意識地搭建跨學(xué)科交流的條件和平臺，形成多學(xué)科科研人員合力攻關(guān)、協(xié)同創(chuàng)新。合成生物學(xué)作為顛覆性學(xué)科，具備一定的高風(fēng)險性和高收益性。項目內(nèi)容設(shè)計須大膽探索、勇于創(chuàng)新，但務(wù)必做好風(fēng)險評估和可行性分析；執(zhí)行期間要把握關(guān)鍵節(jié)點、抓住重點、突破難點；項目執(zhí)行中后期，可嘗試積極對接投融資機構(gòu)，實現(xiàn)項目成果的產(chǎn)業(yè)化和高收益。

3.3 加強生物安全與生物倫理管理

“合成生物學(xué)”作為典型的兩用技術(shù)，存在較大的生物安全和生命倫理風(fēng)險。專項實施過程中，部署了“合成生物學(xué)倫理、政策法規(guī)框架研究”“合成生物學(xué)生物安全”等法律法規(guī)及倫理相關(guān)的指南方向，旨在為合成生物學(xué)的研究工作提供法律政策依據(jù)。一是專項內(nèi)部，法律法規(guī)及倫理研究相關(guān)項目應(yīng)加強與其他科研項目之間的溝通，前者力爭為后者提供法律法規(guī)及倫理支撐。二是項目單位及研究人員在項目執(zhí)行過程中，要嚴(yán)格遵守《生物兩用品及相關(guān)設(shè)備和技術(shù)出口管制條例》（2002年國務(wù)院發(fā)布）、《生物技術(shù)研究開發(fā)安全管理辦法》（2017年科技部發(fā)布）、《人類遺傳資源管理條例》（2019年國務(wù)院發(fā)布）和《涉及人的生物醫(yī)學(xué)研究倫理審查辦法》（2016年原衛(wèi)生計生委發(fā)布）等法規(guī)和倫理。

3.4 堅定落實中央財政科研資金管理改革的精神

各級項目管理部門應(yīng)深入領(lǐng)會中央財政科研資金管理改革精神，貫徹落實“放、管、服”相關(guān)政策，切實減輕科研人員負(fù)擔(dān)，解決科研經(jīng)費不敢花、不能花、不想花的問題。

項目承擔(dān)單位（中央高校、科研院所）應(yīng)按照改革精神，完善相應(yīng)的財務(wù)管理辦法，規(guī)范管理、改進服務(wù)，把科研人員的創(chuàng)造性科研活動從不合理的經(jīng)費管理體制中解放出來。一方面，要完善保障和激勵創(chuàng)新的分配機制，推進科技成果產(chǎn)權(quán)制度改革，提高科研人員成果轉(zhuǎn)化收益分享比例。另一方面，要細(xì)化內(nèi)部管理辦法：制定預(yù)算科目調(diào)劑、勞務(wù)費使用及結(jié)余資金管理等相關(guān)細(xì)則；完善內(nèi)部風(fēng)險防控機制，保障資金使用安全、規(guī)范、有效；實行內(nèi)部公開制度；建立健全科研財務(wù)助理制度，制定符合科研實際需要的內(nèi)部報銷規(guī)定；本著“精簡高效、厲行節(jié)約”原則，自行制定差旅會議管理辦法；改進儀器設(shè)備管理辦法等。

3.5 做好部市聯(lián)動項目和港澳單位申請的組織實施

本著“國家主導(dǎo)、部市聯(lián)動，需求牽引，聚焦重大，規(guī)范高效、開放融合”的原則，本專項設(shè)置了部市聯(lián)動任務(wù)，旨在帶動深圳市的科技發(fā)展和人才隊伍建設(shè)。一方面專業(yè)機構(gòu)應(yīng)積極與深圳市科技創(chuàng)新委員會加強協(xié)同管理，積極探索有效的溝通機制，共同為部市聯(lián)動項目實施做好服務(wù)；另一方面項目承擔(dān)單位應(yīng)主動對接地方經(jīng)濟發(fā)展，提升深圳市在“合成生物學(xué)”領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力和國際競爭力助力。

“合成生物學(xué)”專項作為向港澳開放的首批試點之一，在2020 年“合成生物學(xué)”申請指南中明確列出有資格作為申請單位的港澳高校。各級科研管理部門，應(yīng)進一步加大宣傳并做好相關(guān)政策的傳達，推動港澳單位、人員牽頭申請；同時港澳單位科研團隊可積極與境內(nèi)科研團隊加強合作，聯(lián)合申請、協(xié)同攻關(guān)。

3.6 大力發(fā)揮青年科學(xué)家在原創(chuàng)性科技創(chuàng)新中的作用

科技部專門印發(fā)了《加強“從0 到1”基礎(chǔ)研究工作方案》，支持青年科學(xué)家在基礎(chǔ)前沿領(lǐng)域和應(yīng)用基礎(chǔ)領(lǐng)域開展研究。合成生物學(xué)因其原創(chuàng)性和顛覆性等特點，亟需具有創(chuàng)新思維、“質(zhì)疑精神”的青年科學(xué)家投入研究?！昂铣缮飳W(xué)”專項已經(jīng)資助的青年項目，普遍具備原創(chuàng)性強、立題新穎、學(xué)科交叉性強的特點。建議加大資助青年科學(xué)家項目的比例，聚焦重大原創(chuàng)性基礎(chǔ)前沿和關(guān)鍵核心技術(shù)的科學(xué)問題，發(fā)揮其在推動學(xué)科發(fā)展和解決國家戰(zhàn)略重大科技問題方面的作用。另外，對于青年項目的管理，為發(fā)揮青年科學(xué)家在原創(chuàng)性科技創(chuàng)新中的作用，鼓勵青年科學(xué)家開展風(fēng)險較大的探索性工作，提倡青年科學(xué)家的冒險精神；在項目績效管理方面，建議寬容失敗，鼓勵大膽創(chuàng)新。同時，青年科學(xué)家應(yīng)積極申請，在承擔(dān)重點專項過程中獲得成長、歷練，為登上更高的“科研創(chuàng)新舞臺”做好準(zhǔn)備。