全球合成生物學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及對我國的啟示

王曉梅 楊小薇 李輝尚，2 何微 辛竹琳

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所，北京 100081；2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院海外農(nóng)業(yè)研究中心，北京 100081）

合成生物學(xué)是關(guān)于設(shè)計和重新合成生命的一門新興交叉融合性學(xué)科，是近年來發(fā)展最為迅猛的前沿交叉學(xué)科之一。2000年，Eric Kool 對合成生物學(xué)進行了重新定義標志著這一學(xué)科的出現(xiàn)。2003年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）主辦了第一屆iGEM，是合成生物學(xué)領(lǐng)域的國際性學(xué)術(shù)競賽。合成生物學(xué)相繼被MIT Technology Review、Science、Nature等頂級雜志評為改變世界的重大科學(xué)突破。世界經(jīng)濟論壇、麥肯錫、大西洋理事會、經(jīng)濟合作與發(fā)展組織、美國戰(zhàn)略與國際研究中心等機構(gòu)紛紛發(fā)布報告認為合成生物學(xué)是最值得關(guān)注的科技發(fā)展趨勢之一。

合成生物學(xué)在醫(yī)學(xué)、制藥、化工、能源、材料、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景［1-2］。政府部門、科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界力圖通過推動戰(zhàn)略謀劃、加強技術(shù)研發(fā)、擴大產(chǎn)品應(yīng)用等多種措施來促進合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。全球主要國家對合成生物學(xué)展開了系統(tǒng)的研究，產(chǎn)生了許多具備領(lǐng)域特征的研究理論、技術(shù)、監(jiān)管和應(yīng)用創(chuàng)新，特別是基因線路工程的建立、使能技術(shù)的工程化平臺建設(shè)與生物信息大數(shù)據(jù)的開源應(yīng)用正在全面推動合成生物學(xué)的發(fā)展。面向未來技術(shù)、面對新的挑戰(zhàn)，亟須開展長期的學(xué)科研究和政策研究，并對適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的政策進行探索與實踐，以保障合成生物學(xué)更加快速和健康的發(fā)展。本文系統(tǒng)梳理了全球合成生物學(xué)發(fā)展時間脈絡(luò)，并對合成生物學(xué)科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進行分析。通過借鑒歐美國家發(fā)展經(jīng)驗，結(jié)合我國合成生物學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題，形成我國合成生物學(xué)發(fā)展建議以供理論引導(dǎo)和政策借鑒。

1 全球合成生物學(xué)發(fā)展政策

2000年，Eric Kool 對合成生物學(xué)進行了重新定義標志著這一學(xué)科的出現(xiàn)，基因線路工程的建立、使能技術(shù)的工程化平臺建設(shè)與生物信息大數(shù)據(jù)的開源應(yīng)用正在全面推動合成生物學(xué)的發(fā)展［1，3］。合成生物學(xué)進入全球共識、合作與競爭的快速發(fā)展時期，歐盟、美國、中國等國家/地區(qū)從學(xué)科發(fā)展、政策制定和戰(zhàn)略布局等多維度促進合成生物學(xué)發(fā)展［4-9］，本文系統(tǒng)梳理了全球合成生物學(xué)領(lǐng)域發(fā)展和戰(zhàn)略布局演進路徑（圖1）?！昂铣缮飳W(xué)”經(jīng)歷了2000-2007年的學(xué)科萌發(fā)期和產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期，2008-2015年的政策窗口期、學(xué)科發(fā)展期和產(chǎn)業(yè)擴張期后，從2016年至今已經(jīng)進入了政策、學(xué)科和產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展的快速增長期，是21 世紀發(fā)展最迅猛的前沿交叉學(xué)科之一。

圖1 全球合成生物學(xué)領(lǐng)域發(fā)展和戰(zhàn)略布局演進路徑Fig. 1 Evolution path of development and strategic layout in the field of synthetic biology in globe

近年來，合成生物學(xué)得到世界各國的高度重視，全球主要國家政府陸續(xù)出臺合成生物學(xué)相關(guān)扶持政策，國際合成生物學(xué)科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅猛［10］。全球主要國家相繼建立合成生物學(xué)研究中心，形成了遍布全球的合成生物學(xué)研究網(wǎng)絡(luò)，以美國、英國為主導(dǎo)的國外發(fā)達國家在合成生物學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)展進程較快。歐盟最早通過第六研究框架計劃從政策層面、以項目資助的方式促進合成生物學(xué)發(fā)展，法國、德國等成員國針對合成生物學(xué)及相關(guān)技術(shù)分別制定了針對本國的研究發(fā)展戰(zhàn)略。英國政府于2012年和2016年相繼發(fā)布《合成生物學(xué)路線圖》和《英國合成生物學(xué)戰(zhàn)略計劃》，是首個在國家層面通過路線圖方式推動合成生物學(xué)發(fā)展的國家［11］。美國從多個維度來推動合成生物學(xué)的發(fā)展，自2019年開始連續(xù)3年發(fā)布了《工程生物學(xué)：下一代生物經(jīng)濟的研究路線圖》《微生物組工程：下一代生物經(jīng)濟研究路線圖》《工程生物學(xué)與材料科學(xué)：跨學(xué)科創(chuàng)新研究路線圖》等合成生物學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究路線圖［12-14］。中國政府也高度重視合成生物學(xué)的發(fā)展，2008年香山科學(xué)會議首次探討了合成生物學(xué)背景、進展和展望［15］，并連續(xù)多年開展了合成生物學(xué)專題學(xué)術(shù)討論，2022年《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》明確將合成生物學(xué)列為重點發(fā)展方向。

2 全球合成生物學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀

國家政府、科研院校、基金會、企業(yè)等通過自上而下的研發(fā)體系來助力合成生物學(xué)的科學(xué)研究和應(yīng)用創(chuàng)新，產(chǎn)生了許多具有領(lǐng)域特征的新技術(shù)和新應(yīng)用，圖2 為近十年全球合成生物學(xué)主要研究項目和成果。合成生物學(xué)研究涉及機構(gòu)和企業(yè)眾多，科研橫跨醫(yī)藥、化工、能源、農(nóng)業(yè)等多個關(guān)鍵學(xué)科領(lǐng)域。全球已初步建立起合成生物學(xué)研發(fā)格局，主要涉及使能技術(shù)、平臺工具和產(chǎn)品應(yīng)用導(dǎo)向的研究和開發(fā)。

圖2 近十年全球合成生物學(xué)主要研究項目和成果Fig. 2 Major project funding and research results of synthetic biology in globe in recent ten years

2.1 合成生物學(xué)科學(xué)研究發(fā)展現(xiàn)狀

合成生物學(xué)研究領(lǐng)先國家分別為美國、中國、英國、德國、法國等，在戰(zhàn)略規(guī)劃和研發(fā)資金的扶持下，世界各地相繼建立合成生物學(xué)研究機構(gòu)。2006年，加州大學(xué)伯克利分校、哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院及加州大學(xué)舊金山分校共同組建成立合成生物學(xué)工程研究中心［16］；2010年，德國馬爾堡大學(xué)和馬普學(xué)會微生物研究所共同成立合成微生物學(xué)中心［17］，同年英國建立了涉及7 大研究中心的覆蓋合成生物設(shè)施、研發(fā)中心、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化及人才培養(yǎng)的全國性綜合網(wǎng)絡(luò)［18］；2019年，由美國勞倫斯伯克利國家實驗室、英國帝國理工學(xué)院、中國科學(xué)院深圳先進院等來自全球8 個國家的16 所頂尖合成生物設(shè)施機構(gòu)聯(lián)合發(fā)起成立國際行業(yè)聯(lián)盟，聯(lián)盟現(xiàn)已擴展到全球32 所頂尖合成生物組織和機構(gòu)［19-20］。中國合成生物學(xué)科研主體為合成生物學(xué)前沿科學(xué)中心和技術(shù)創(chuàng)新中心、深圳先進院合成生物研究所、創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、重大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施、重點實驗室等。

在科學(xué)研究方面，以基因組編輯為代表的新技術(shù)帶來了合成生物學(xué)領(lǐng)域前所未有的突破，如DNA測序、DNA 合成、基因組設(shè)計、合成與組裝、基因編輯技術(shù)、元件工程、回路工程、計算與建模等［21］。中國科學(xué)院趙國屏團隊以天然含有16 條染色體的真核生物釀酒酵母為研究材料，采用合成生物學(xué)“工程化”方法和高效使能技術(shù)，在國際上首次人工創(chuàng)建了自然界不存在的簡約化的生命——僅含單條染色體的真核細胞［22］。美國博得研究所David Liu 團隊研發(fā)出超精確基因編輯工具“Prime Editor”，不依賴DNA 模板即可實現(xiàn)單堿基自由轉(zhuǎn)換和多堿基增刪，有望修正89%的已知致病性人類遺傳突變［23］。美國斯坦福大學(xué)Lei Qi 團隊開發(fā)出CRISPR 多功能成像方法“CRISPR LiveFISH”，可實時觀測活細胞中基因組編輯的動態(tài)變化［24］。法國巴黎索邦大學(xué)Smith Lemaire 團隊開發(fā)了模塊化的光合底盤，在萊茵衣藻微藻中實現(xiàn)合成生物學(xué)的MoClo 工具包，能夠快速構(gòu)建用于基礎(chǔ)研究和藻類生物技術(shù)的工程細胞［25］。英國帝國理工學(xué)院Paul Freemont 團隊研究了無細胞蛋白質(zhì)合成作為哺乳動物合成生物學(xué)的原型平臺，使用HeLa 細胞提取物和液體處理自動化作為組織培養(yǎng)和流式細胞術(shù)測量的替代方法可實現(xiàn)模型系統(tǒng)的快速原型化［26］。北京大學(xué)王憶平團隊利用合成生物學(xué)克服固氮酶在真核細胞器中穩(wěn)定表達的障礙，研究發(fā)現(xiàn)高水平固氮酶活性的NifD-R98 變體可能將活性MoFe 蛋白穩(wěn)定地靶向線粒體，預(yù)先評估Nif 蛋白在植物表達中的穩(wěn)定性，為在植物細胞器中構(gòu)建活性固氮酶鋪平道路［27］。

2.2 合成生物學(xué)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

合成生物學(xué)被廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)業(yè)，在推動科學(xué)革命的同時，合成生物技術(shù)正快速向?qū)嵱没a(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。美國、歐盟、澳大利亞通過項目資助、技術(shù)集成和聯(lián)合研發(fā)等多種方式來參與到合成生物學(xué)的研究應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化［28］。鑒于合成生物學(xué)的巨大應(yīng)用前景，資本和市場的敏銳嗅覺也立馬捕捉到這一點，協(xié)同科研機構(gòu)競相投入到合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)投資開發(fā)之中，以搶占合成生物學(xué)發(fā)展先機。2004年，美國蓋茨基金會向Amyris 公司投資4 250 萬美元用于青蒿素的研發(fā)；2012年美國Exxon Mobil 公司與Synthetic Genomic 公司簽訂了合作協(xié)議，投入6 億美元進行微藻生物燃料的研發(fā)；2019年澳大利亞國立大學(xué)發(fā)起約2 000 萬澳元的“提高作物抗逆性和產(chǎn)量的智能植物和解決方案”研究項目；2021年，藍晶微生物獲得近2 億元人民幣融資用于數(shù)字原生研發(fā)平臺的搭建和生物材料PHA 管線的自主研發(fā)推進。

在應(yīng)用技術(shù)方面，以人工合成基因組技術(shù)在代謝工程、蛋白工程、細胞工程、基因工程、制藥工程中的運用拓展了合成生物學(xué)的應(yīng)用前景［29-30］。合成生物技術(shù)應(yīng)用涵蓋平臺開發(fā)、醫(yī)藥、化工、能源、食品和農(nóng)業(yè)等重點領(lǐng)域［31-34］，圖3 為合成生物學(xué)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域及產(chǎn)品。（1）平臺：工程化信息平臺包括非生物平臺和生物平臺。哈佛大學(xué)等基于紙張開發(fā)出價格低廉、無菌的非生物合成生物學(xué)技術(shù)［35］。Novome Biotechnologies 公司構(gòu)建的人類腸道細菌基因工程微生物藥物平臺是第一個使用工程菌控制腸道定居的平臺［36］。（2）醫(yī)藥：涉及疾病診斷、疫苗、抗生素、藥物、基因治療、細胞工程等產(chǎn)品［37］。美國合成生物學(xué)家Jay Keasling 設(shè)計構(gòu)建了能夠生產(chǎn)抗瘧藥物青蒿素的人工酵母細胞，堪稱合成生物技術(shù)的重大應(yīng)用典范［38］。美國哈佛大學(xué)James Collins 團隊將合成生物學(xué)集成到可穿戴設(shè)備中以擴大對生理狀態(tài)、疾病狀態(tài)和病原體或毒素暴露的無創(chuàng)監(jiān)測，開發(fā)的帶有凍干CRISPR 傳感器的口罩可在室溫下90 min 無創(chuàng)檢測SARS-CoV-2［39］。諾華公司開發(fā)的癌癥細胞療法Kymriah 將工程活細胞用于醫(yī)學(xué)治療，是第一個經(jīng)FDA 獲批的細胞療法［40］，全球首個脊髓型肌萎縮癥基因療法Zolgensma 也獲美國FDA 批準上市［41］。（3）能源環(huán)境：利用微生物合成高能生物燃料或遺傳改造微生物使其能將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙醇、蛋白質(zhì)等［42-43］。印度理工學(xué)院Sanjay Kumar 團隊發(fā)現(xiàn)了生物燃料增長最快菌株拉長聚球藻UTEX 2973，已知的聚囊藻屬PCC 6803 和長聚囊藻PCC 7942 等已成功用于生物燃料生產(chǎn)［44］。以色列魏茨曼科學(xué)研究所Ron Milo 團隊創(chuàng)制出可固定二氧化碳的大腸桿菌，使其從異養(yǎng)生物變成自養(yǎng)生物［45］。Deep Branch 公司利用微生物將工業(yè)排放的二氧化碳轉(zhuǎn)換為高價值蛋白質(zhì)來生產(chǎn)清潔且可持續(xù)的魚類和禽類飼料，將碳足跡減少達75%［46］。（4）化工：系統(tǒng)設(shè)計和改造實現(xiàn)生物路線對化學(xué)路線的逐步替代，包括化學(xué)品、材料、工業(yè)酶、工業(yè)流體和個人護理等產(chǎn)品的市場開發(fā)［47-48］。Genomatica 公司將生物基丁二醇的工藝商業(yè)化，開發(fā)聚酰胺中間體和長鏈化學(xué)品［49］。麻省理工學(xué)院Christopher Voigt 團隊利用細菌孢子構(gòu)建的3D 彈性生物材料能應(yīng)對極端應(yīng)力包括干燥、溶劑、滲透壓、pH 值、紫外線和γ 輻射［50］。中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所馬延和團隊在淀粉人工合成方面取得突破性進展，在國際上首次實現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成［51］。（5）食品：涉及人造肉、油、酒、蛋白質(zhì)、食品添加劑和天然功能成分等［52-53］。Perfect Day 和Clara Foods 公司通過合成生物學(xué)技術(shù)開發(fā)合成蛋白類產(chǎn)品，如牛奶、蛋清、奶酪等［54］。Calyxt 公司的高油酸大豆油是第一款進入美國食品供應(yīng)市場的基因編輯大豆油，Calyno 富含80%油酸，且富含亞油酸少，更健康［55］。（6）農(nóng)業(yè)：涉及農(nóng)作物及畜牧生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括成本控制、化肥農(nóng)藥減施、生物傳感器等［56-57］。Agrivida 公司開發(fā)的酵素植酸酶Grain 可以提高飼料的消化率，減少動物體內(nèi)的營養(yǎng)抑制劑［58］。Greenlight Biosciences公司致力于開發(fā)創(chuàng)造高性能的RNA 農(nóng)作物，使其精確靶向免疫于特定害蟲且不會傷害有益昆蟲或在土壤、水中殘留［59］。中國科學(xué)院楊晟團隊以產(chǎn)堿梭菌為底盤，用脫殼玉米芯作為唯一的碳源創(chuàng)建了一條產(chǎn)堿梭菌輔酶a 依賴的丙酮-丁醇途徑，為用農(nóng)業(yè)剩余物生產(chǎn)化學(xué)品做出了示范［60］。

圖3 合成生物學(xué)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域及產(chǎn)品Fig. 3 Related application fields and products in synthetic biology

3 我國合成生物學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題

3.1 我國合成生物學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀

我國非常重視合成生物學(xué)的研究與發(fā)展。2010年以來，我國在合成生物學(xué)領(lǐng)域的頂層戰(zhàn)略規(guī)劃逐步加強，包括大量的學(xué)術(shù)活動和科技界與政府管理機構(gòu)的互動，如香山科學(xué)會議、“三國六院”會議、《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》均將合成生物技術(shù)列為發(fā)展引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)。在國家宏觀戰(zhàn)略指引下，近年來合成生物學(xué)科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展高歌猛進，已有多個研究中心和重點實驗室得以成立，如2008年中國科學(xué)院批準上海生命科學(xué)研究院成立合成生物學(xué)重點實驗室，2015年上海交通大學(xué)聯(lián)合其他機構(gòu)成立了上海合成生物學(xué)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，2017年中國科學(xué)院批準深圳先進技術(shù)研究院成立合成生物學(xué)研究所，2018年教育部批準天津大學(xué)建設(shè)合成生物學(xué)前沿科學(xué)中心，2019年科技部支持天津與中中國科學(xué)院共建國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心等。同時，領(lǐng)域內(nèi)多個合成生物學(xué)重大項目獲得資金支持，國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃開設(shè)“合成生物學(xué)”專題，國家重點研發(fā)計劃開設(shè)“合成生物學(xué)”重點專項等。

近年來，我國合成生物學(xué)在科學(xué)研究和應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域取得了許多具備學(xué)科特征的原始發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新成果，在染色體合成與染色體工程、基因組編輯、生物底盤構(gòu)建、定量工程生物學(xué)、生物元件工程和基因回路工程、天然活性物質(zhì)和有機化工產(chǎn)品的人工合成代謝、計算機生物模擬等基礎(chǔ)研究方面原始創(chuàng)新成果凸顯，成為國際合成生物學(xué)領(lǐng)域中的一支重要力量。同時，我國合成生物制造產(chǎn)業(yè)也快速進步和發(fā)展，國內(nèi)一批合成生物學(xué)初創(chuàng)企業(yè)快速發(fā)展。氨基酸、維生素等傳統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)升級不斷推進，在一些重要產(chǎn)品上已經(jīng)能部分繞開專利封鎖。在新產(chǎn)品開發(fā)上，國外有長鏈醇、1,4-丁二醇、對苯二甲酸等一系列重要大宗化學(xué)品的生物制造技術(shù)，而我國科學(xué)家在肌醇、3-羥基丙酸、己二酸等化合物的生物制造技術(shù)上實現(xiàn)世界領(lǐng)先。在新酶設(shè)計、新合成途徑設(shè)計這些最前沿、決定未來產(chǎn)業(yè)布局的研究方向上，保持了與國際并行［61］。

3.2 我國合成生物學(xué)發(fā)展存在的問題

快速發(fā)展的同時，也必須清醒的認識到我國合成生物學(xué)發(fā)展仍處于起步較晚、跟跑且爭取迎頭追趕的狀態(tài)，諸多發(fā)展中的深層次問題仍有待進一步解決。

第一，中長期發(fā)展規(guī)劃滯后。我國從頂層設(shè)計上明確了合成生物學(xué)的重要戰(zhàn)略地位，并逐步加強了該領(lǐng)域的國家宏觀戰(zhàn)略謀劃，但合成生物學(xué)領(lǐng)域的長期、短期技術(shù)發(fā)展路線整體規(guī)劃，技術(shù)發(fā)展實施路徑、生物倫理監(jiān)管體系構(gòu)建等仍處于空白地帶。目前，合成生物學(xué)領(lǐng)域的專項政策規(guī)劃并未出臺，如何實現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到技術(shù)創(chuàng)新，從工程平臺建設(shè)到產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化等多層次、分階段的發(fā)展方式和發(fā)展路徑仍不明確。

第二，科研創(chuàng)新能力不足。2015年以來，我國在合成生物學(xué)領(lǐng)域研究發(fā)文躍居全球第二，但論文篇均影響力低于世界平均水平，在發(fā)表論文數(shù)量最多的前15 個國家中，中國論文的篇均引用數(shù)為第11 位［15］。這主要原因在于我國合成生物學(xué)領(lǐng)域論文的整體質(zhì)量還不夠高，且研究發(fā)文領(lǐng)域多集中在應(yīng)用領(lǐng)域，論文在基礎(chǔ)研究、技術(shù)方法原始創(chuàng)新、基因編輯技術(shù)、生物信息大數(shù)據(jù)、分子設(shè)計育種等前沿和核心技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力與歐美發(fā)達國家仍有較大差距；同時，雖然國內(nèi)研究機構(gòu)應(yīng)用研究成果凸顯，但創(chuàng)新成果的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用實踐較少，科企融合度較低，對產(chǎn)業(yè)的推動力量較弱［62］。

第三，應(yīng)用研發(fā)主體錯位。我國合成生物學(xué)應(yīng)用研究主要以科研院所為主體，企業(yè)主體數(shù)量和規(guī)模相對較少，缺乏大型產(chǎn)業(yè)巨頭和優(yōu)質(zhì)初創(chuàng)研發(fā)企業(yè)。目前國內(nèi)生物合成行業(yè)的主要代表企業(yè)為凱賽生物、藍晶微生物、恩和生物、華恒生物、衍進科技和迪贏生物等，企業(yè)多為初創(chuàng)公司，規(guī)模相對較小，擁有的核心技術(shù)及知識產(chǎn)權(quán)較少，與歐美發(fā)達國家形成的大型跨國企業(yè)巨頭，協(xié)同多投融資渠道的初創(chuàng)企業(yè)融合發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局相比仍有較大差距。雖然近兩年不斷有新的創(chuàng)新型合成生物公司出現(xiàn)，但主要為平臺工具服務(wù)和應(yīng)用產(chǎn)品導(dǎo)向型公司，涉及使能技術(shù)開發(fā)的公司較少，產(chǎn)業(yè)主體規(guī)模和自主創(chuàng)新能力均較弱。

第四，應(yīng)用場景拓展局限。合成生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用正在助推諸多行業(yè)的發(fā)展，我國在合成生物學(xué)領(lǐng)域具有一些典型的商業(yè)應(yīng)用案例，并逐步實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的提升與經(jīng)濟成本的下降，如近年最著名的青蒿素、凱賽生物的維生素C 規(guī)模生產(chǎn)、藍晶微生物聚羥基脂肪酸酯生物合成等，但由于缺乏類似美國地區(qū)性質(zhì)體系化的產(chǎn)業(yè)集群和金融環(huán)境，應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍然相對滯后。合成生物學(xué)產(chǎn)品涉及生物醫(yī)藥、化工用品、能源燃料、高新材料和農(nóng)產(chǎn)品等諸多門類，現(xiàn)階段我國合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用產(chǎn)品種類較少，主要以初級化學(xué)品合成為主，在醫(yī)藥、工業(yè)酶、工業(yè)流體、農(nóng)業(yè)和食品等諸多領(lǐng)域產(chǎn)品開發(fā)較少。

4 我國合成生物學(xué)發(fā)展的啟示建議

在全球合成生物學(xué)發(fā)展大背景下，針對我國合成生物學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，建議從政策規(guī)劃引導(dǎo)、科研體系構(gòu)建、產(chǎn)業(yè)主體培育和應(yīng)用場景拓展等方面切入構(gòu)筑多層次、多維度的綜合性協(xié)作網(wǎng)絡(luò)以推動我國合成生物學(xué)的發(fā)展。

4.1 加強宏觀政策引領(lǐng)，打造規(guī)劃布局一盤棋

合成生物學(xué)的發(fā)展需要從國家宏觀層面進行整體布局，要加強戰(zhàn)略研究和頂層設(shè)計，注重各行業(yè)領(lǐng)域整體聯(lián)動性，形成政策布局一盤棋。首先，圍繞國家重大需求，統(tǒng)一戰(zhàn)略部署，制定我國合成生物學(xué)科技、產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖。路線圖要確定戰(zhàn)略方向和重點突破點，實現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到技術(shù)創(chuàng)新，從工程平臺建設(shè)到產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的多層次、分階段的快速與穩(wěn)定發(fā)展［3］。其次，會聚研究很大程度上依賴于多領(lǐng)域、多行業(yè)的政策協(xié)同與規(guī)劃，要制定相應(yīng)的研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用各環(huán)節(jié)以及與其銜接的配套政策和規(guī)范體系，明確相應(yīng)的主管部門，厘清責權(quán)，建立科學(xué)、理性、有效和可行的管理體系。最后要研究制定科學(xué)技術(shù)標準、環(huán)境安全標準、過程可重復(fù)和結(jié)果可測度的計量標準，明確新產(chǎn)品的申報與審批路徑，加強風(fēng)險評估和監(jiān)管，建立市場準入規(guī)范［63］。

4.2 構(gòu)建高效研究體系，搶占科技創(chuàng)新制高點

合成生物學(xué)研究體系的構(gòu)建要以科研、項目和產(chǎn)品為導(dǎo)向，形成以科技自主創(chuàng)新為核心，項目成果實施為路徑，應(yīng)用產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為目的的全面創(chuàng)新。一是，要結(jié)合國際研究發(fā)展趨勢，進一步加強基礎(chǔ)研究，開展前沿領(lǐng)域探索與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，爭取更多的原創(chuàng)性成果，形成我國在合成生物學(xué)科技領(lǐng)域更多國際領(lǐng)跑的方向。二是，要加大重大項目支持和實施力度，加速合成生物學(xué)發(fā)展的技術(shù)裝備研發(fā)，攻克關(guān)鍵核心技術(shù)和“卡脖子”技術(shù)難題，促進科技成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。合成生物學(xué)要成為一個大學(xué)科，有大前景，一定需要一個影響深遠的大科學(xué)、大計劃或大項目來鋪路，如“人類基因組計劃”，它的空前成功給世界留下了無限遐想空間，可以利用重大項目的制定和實施帶動學(xué)科的發(fā)展［64］。三是，重視基礎(chǔ)研究、創(chuàng)新學(xué)科體系的建設(shè)，強調(diào)多學(xué)科交叉、上下游融合的工程思維和文化的建立。培養(yǎng)跨學(xué)科人才隊伍，倡導(dǎo)跨學(xué)科的團隊合作，培育造就高水平的研究梯隊。

4.3 培育優(yōu)質(zhì)產(chǎn)業(yè)主體，拓展協(xié)同研發(fā)新格局

合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)涉及人們衣、食、住、行等生活的各個方面，要合理規(guī)劃產(chǎn)業(yè)布局、從橫縱雙向維度拓展和延伸產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑，形成協(xié)同發(fā)展新格局。第一，強化企業(yè)創(chuàng)新主體地位，全面提升企業(yè)創(chuàng)新能力。支持初創(chuàng)公司快速發(fā)展幫助公司在創(chuàng)業(yè)初期完善技術(shù)，提供接觸投資者的機會等。第二，擴充產(chǎn)業(yè)全球化布局，打造高端產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，擘畫“國內(nèi)國際”并進格局。在國際經(jīng)濟貿(mào)易活動中運用好知識產(chǎn)權(quán)國際規(guī)則，鼓勵核心技術(shù)、核心產(chǎn)品做好國際產(chǎn)業(yè)布局，確保國際市場競爭力。第三，支持企業(yè)加大研發(fā)投入，擴大企業(yè)創(chuàng)新力度。政府可采取鼓勵和優(yōu)惠的稅收政策或財政措施，來增加企業(yè)科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新支持，通過加大企業(yè)創(chuàng)新成果激勵和拓展初創(chuàng)企業(yè)投融資支持來培育優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新企業(yè)主體。

4.4 拓展成果應(yīng)用場景，勇做未來市場領(lǐng)跑者

合成生物學(xué)產(chǎn)品的開發(fā)，必將在解決人口與健康、資源與環(huán)境、能源與材料重大難題的過程中發(fā)揮重要作用，要具備首創(chuàng)精神，強化科技賦能，加大創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品保障，拓展創(chuàng)新成果應(yīng)用場景，創(chuàng)造更多科技供給?？萍紕?chuàng)新與經(jīng)濟發(fā)展競爭歷來就是時間和速度的賽跑，要提高科技理解力，增強技術(shù)產(chǎn)品敏感度，科學(xué)研判創(chuàng)新發(fā)展趨勢，拓展創(chuàng)新成果應(yīng)用場景，對瞄準的創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品超前布局，加大投入，加速趕超。一方面要加大創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品的保障，加快產(chǎn)品標準的研制，推動新技術(shù)及產(chǎn)品加快進入市場，及時評價有關(guān)產(chǎn)品的安全性和可行性，建立相關(guān)審批綠色通道，縮短產(chǎn)品準入的批復(fù)周期。另一方面要加強知識產(chǎn)權(quán)保護和規(guī)則研究，國內(nèi)機構(gòu)要主動參與相關(guān)規(guī)則的制定和修訂工作，鼓勵核心技術(shù)產(chǎn)品做好國際專利布局，加快促進技術(shù)要素與資本要素融合，促進知識產(chǎn)權(quán)的市場轉(zhuǎn)化，從而形成現(xiàn)實生產(chǎn)力。