每日經濟新聞 2023-12-23 11:23:46
每經記者 溫雅蘭 每經編輯 張凌霄
生態(tài)文明的發(fā)展催生了合成生物學的業(yè)態(tài)變革。繼DNA雙螺旋結構、基因組技術后,合成生物學被譽為第三次生物技術革命。
麥肯錫預計,到2025年,合成生物學與生物制造的經濟價值將達到1000億美元,未來全球60%的物質生產可通過生物制造方式實現。
第六屆中國行業(yè)發(fā)展高峰論壇暨上海交通大學行業(yè)研究院五周年系列活動(上海站)中,中國科學院院士、上海交大生命科學技術學院名譽院長鄧子新以合成生物學為軸,分享了生態(tài)文明背景下,合成生物科技與生物產業(yè)發(fā)展的顛覆性創(chuàng)新之路。
“近年來,隨著生命科學與其他學科的交叉融合,以及測序技術、基因克隆技術和大數據等技術的發(fā)展,生命科學開始進入一個重要關口,許多新技術不斷涌現。在這樣的背景下,合成生物學應運而生,并逐步滲透到醫(yī)療、環(huán)境、健康、能源、食品等與我們生活息息相關的方方面面。”鄧子新說道。
中國科學院院士、上海交大生命科學技術學院名譽院長鄧子新 圖片來源:主辦方供圖
生態(tài)文明發(fā)展催生合成生物學的業(yè)態(tài)變革
合成生物學擁有十分強大的“能量”,被稱為能夠“以生物造萬物”的學科。那么,合成生物學到底是什么?
鄧子新解釋道,合成生物學是一門匯集生物學、基因組學、工程學和信息學等的高度集成式的前沿學科,是理學中的工程學。它結合了生命科學觀察分析的方法和工程學的設計思維,使人類得以通過工程方法,設計、改造,甚至從頭合成具有特定功能的生物系統。
“與土木工程具有異曲同工之妙,合成生物學利用數據庫中的基因,蛋白調節(jié)的元件等生物信息,人工設計構建新的生物圖景和系統,使其比天然系統更優(yōu)越、更高效,合成生物學希望能夠使相關基因更加兼容和匹配。”
1911年,“synthetic biology(合成生物學)”一詞最早由法國物理化學家Stephane Leduc在其所著的《生命的機理》一書中首次提出。在該書中,其試圖利用物理學理論解釋生物起源和進化規(guī)律,認為“構成生物體的是其形態(tài)”,并歸納為“合成生物學是對形狀和結構的合成”。
此后直到21世紀初,合成生物學才真正被廣泛關注。從2000年的雙穩(wěn)態(tài)基因網絡開關,到2013年青蒿素的生物合成生產,再到2019年大腸桿菌基因組合成,合成生物學的“能量”逐步被科學家發(fā)現。
鄧子新表示,合成生物學為不同藥物基因組微生物之間的重排提供了理論和方法。
“就像拼圖一樣,我們可以對基因進行重新編排,改變他們的顏色,創(chuàng)造新的藥物結構化。將標準的基因做成拼圖,在細胞內擺出各種不同化合物的代謝途徑,然后在發(fā)酵罐里生產出藥物、保健品,甚至一些必要的化工產品,”鄧子新說,“我們可以通過研究基因合成的機理,通過基因的重排形成一個新的化合物,改良其耐藥性,使它的毒副作用降低。”
此外,鄧子新以其團隊的實驗為例,介紹了合成生物學應用場景。
“以往需要40萬個葡萄柚才能夠提取一公斤的圓柚酮,出口的價格是每公斤6000多美元。我們把這套基因編排到酵母菌細胞里面去,使得它兼容,所以它的結構和天然產物是一模一樣的,而且提取更加簡單,成本至少降低30%,可以用在酸奶、糖果、飲料中,還可以驅蟲,孕婦和兒童可以用來防蚊。”
合成生物學的未來是生物學家與工程師的聯合
活動現場,鄧子新表示當前生物醫(yī)藥領域存在新藥發(fā)現的速度趕不上疾病增長的速度,以及藥物制作工藝復雜、三廢排放、微生物污染倒灌、毒性和毒副作用等問題。是否能夠改變工藝使其更加經濟、環(huán)保、高效,是否能夠縮短新藥發(fā)現時間等,都是合成生物學面臨的艱巨任務。
近年來,我國合成生物基礎研究突飛猛進。但是,要如何擺脫對國外技術的依賴,實現進一步突破,也是當前中國合成生物學的痛點之所在。
“我們希望能夠從基因治療系統、功能檢測系統和核酸檢測系統、靶向核酸藥物的設計,以及抗噬菌體發(fā)酵工業(yè)體系四個維度,打造具有我國自主知識產權的原創(chuàng)型基因編輯。反義核酸藥物及核酸檢測技術體系,能夠為現代醫(yī)學診療提供新的支撐。”鄧子新談到。
合成生物學剛剛度過了它的“嬰兒時代”,進入“幼兒時代”,當它進入“成人時代”時,生物學世紀才會真正到來。但是,如何才能推動合成生物學持續(xù)發(fā)展?
鄧子新認為,顛覆大健康產品的重大品種合成,打破重大品種的壟斷型生產,關鍵在于要靠前沿技術,通過孵化國際標桿企業(yè),培養(yǎng)行業(yè)人才,生產關鍵專利,來帶動生物產業(yè)向合成生物發(fā)展的轉型、升級和換代。
“今天的生物學已經具備工程學的某些特征,生物學家和工程師應聯合起來對生物體進行重新布線、編程。這將推動生產更廉價的藥物、食品和健康產品,為攻克重大醫(yī)學難題提供新手段,最終改變我們的生活。我相信合成生物學是一顆冉冉升起的學科新星。”鄧子新說道。
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