序言：合成生物學(xué)前沿研究及轉(zhuǎn)化應(yīng)用

合成生物學(xué)是近年來發(fā)展迅猛的新興前沿交叉學(xué)科。作為自然科學(xué)與工程之間的橋梁，合成生物學(xué)一方面探索并提出新理論，增進(jìn)人們對自然生命體與工程生命體的基礎(chǔ)認(rèn)知，即“造物致知”；另一方面，它還解決工程中面臨的方法、技術(shù)問題，設(shè)計改造乃至創(chuàng)建全新的生命體為人類社會所用，即“造物致用”。作為一個兼顧前沿科學(xué)探索與國計民生需求的交叉領(lǐng)域，合成生物學(xué)已成為世界強(qiáng)國科技戰(zhàn)略的必爭之地。美國、英國等發(fā)達(dá)國家紛紛投入巨資建立研究機(jī)構(gòu)并開展研究項目，以搶占合成生物學(xué)研究發(fā)展的先機(jī)。以日本、韓國和新加坡為代表的其他亞洲國家，也積極布局合成生物學(xué)領(lǐng)域。我國合成生物學(xué)領(lǐng)域起步略晚于歐美，但發(fā)展迅猛。2008 年,香山科學(xué)會議第一次專題討論合成生物學(xué)。隨后數(shù)年，合成生物學(xué)得到國家部委和科學(xué)界的高度重視?！笆濉笨萍紕?chuàng)新戰(zhàn)略規(guī)劃中，合成生物技術(shù)被列為重點發(fā)展方向。以 2018 年 10 月科技部重點研發(fā)計劃“合成生物學(xué)”專項正式啟動為標(biāo)志，我國科技部、基金委、中國科學(xué)院和中央軍委科技委等陸續(xù)啟動了合成生物學(xué)專項項目。我國合成生物學(xué)研究正從生物工程領(lǐng)域向經(jīng)濟(jì)、人口健康、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)境和軍事領(lǐng)域不斷深入，呈現(xiàn)出多領(lǐng)域齊頭并進(jìn)的迅猛發(fā)展態(tài)勢。

中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所(以下簡稱“合成所”)成立于 2017 年 12月，主要采用合成生物學(xué)的工程化設(shè)計理念，專注于人造生命元件、基因線路、生物器件、多細(xì)胞體系等的合成再造研究，旨在揭示生命本質(zhì)和探索生命活動基本規(guī)律。經(jīng)過三年多的發(fā)展，合成所已經(jīng)建成一個開放交叉合作的平臺，匯聚國內(nèi)外合成生物學(xué)領(lǐng)域青年骨干及海內(nèi)外領(lǐng)軍科學(xué)家，打造了一支年輕有活力、多學(xué)科融合的前沿創(chuàng)新團(tuán)隊。已建設(shè)的深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院(以下簡稱“創(chuàng)新研究院”)，于 2019 年 1 月成為深圳市正式籌建的十大基礎(chǔ)研究機(jī)構(gòu)之一，是由中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院牽頭建設(shè)的非法人科研機(jī)構(gòu)。創(chuàng)新研究院秉承“造物致知，造物致用”的理念，聚焦人工生命體系的理解、重塑與擴(kuò)展這一重大科學(xué)挑戰(zhàn)，開展合成生物基礎(chǔ)構(gòu)建理論、合成生物使能技術(shù)和合成生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，探索并闡明生物系統(tǒng)的基本原理，確立合成生物學(xué)的設(shè)計原則，實現(xiàn)對細(xì)胞的深層次改造，率先打造成為我國人工生命體系研究、技術(shù)創(chuàng)新、人才培養(yǎng)的重要基地。

本期合成生物學(xué)專題的文章主要來自合成所團(tuán)隊科研骨干及國內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)的相關(guān)工作。文章論述角度涵蓋了合成生物學(xué)的定量理論分析、關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及綜述、醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域態(tài)勢以及合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和投資戰(zhàn)略研究。定量理論方面，介紹了細(xì)胞周期同步化方法在解析細(xì)胞周期調(diào)控中的應(yīng)用，以及合成微生物群落中的穩(wěn)定性因素等。關(guān)鍵技術(shù)方面，開發(fā)了符合腸道菌群生長的穩(wěn)定厭氧環(huán)境，突破了傳統(tǒng)培養(yǎng)無法實現(xiàn)的不影響細(xì)胞生理活動下，在單細(xì)胞水平采集各種參數(shù)；基于微流控技術(shù)構(gòu)建的雙通道肺器官芯片為模擬人體肺-氣道微環(huán)境的氣液界面氣道上皮培養(yǎng)，實時觀察細(xì)胞與細(xì)菌的共培養(yǎng)過程；報道了一種小間距的高通量電穿孔裝置，提高遺傳物質(zhì)引入至細(xì)胞內(nèi)的安全性；優(yōu)化合成生物學(xué)代謝通路不唯一及傳統(tǒng) K 條最短路徑算法(K-Shortest Path，KSP)，以適應(yīng)合成物學(xué)針對不同物種代謝網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的特定需求；總結(jié)了 DNA 合成方法、技術(shù)路徑及儀器研制中的瓶頸問題，展望了人工智能與合成生物學(xué)相結(jié)合的技術(shù)飛躍可行性。醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面，合成生物技術(shù)為疾病診療提供了新思路，為臨床復(fù)雜疾病提供了高效、特異、智能化、安全的全新解決方案。首先人工合成和改造的活細(xì)菌疫苗為癌癥、傳染病等無藥可治的人類健康挑戰(zhàn)及新突發(fā)傳染病提供高效的治療手段；經(jīng)改造的工程菌疫苗具有毒性減弱、增強(qiáng)靶向定位腫瘤、特異性感知病灶、精準(zhǔn)定位于病灶的特點，可有效抑制多種原位腫瘤的生長和遷移；分析了合成生物學(xué)在推動活菌藥物臨床開發(fā)以及解決臨床活菌藥物的有效性和生物安全性中的重要作用。其次，利用合成生物學(xué)手段改造的噬菌體通過提高噬菌體的安全性及有效性，在治療耐藥菌(如銅綠假單胞菌)方面同樣具有獨特的優(yōu)勢；針對目前尚無可接種的 EB 病毒(Epstein Barr Virus)防治性疫苗，利用功能化外泌體納米顆粒、類病毒顆粒、鐵蛋白自組裝納米顆粒以及一些其他類型的納米顆粒改造的 EB 病毒疫苗為 EB 病毒的防治提供了新的策略。產(chǎn)業(yè)發(fā)展及投資方面，對比了美國醫(yī)學(xué)合成生物學(xué)發(fā)展，剖析了全球合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀以及金融投資格局，為我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)布局提供更多參考依據(jù)。

近年來，隨著合成生物學(xué)技術(shù)和方法的發(fā)展，積極推動了合成生物學(xué)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。相信在不久的將來，以國家重大需求為導(dǎo)向，我國在合成生物學(xué)領(lǐng)域?qū)⑷〉酶嗟某删汀?/p>