合成生物學(xué)工業(yè)應(yīng)用未來(lái)展望

近年來(lái)世界范圍內(nèi)合成生物學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，我國(guó)在此領(lǐng)域人才儲(chǔ)備不斷擴(kuò)大，技術(shù)能力不斷提升，在整體發(fā)展水平上保持了與國(guó)際同行。在合成生物學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，我國(guó)生物制造產(chǎn)業(yè)快速進(jìn)步。氨基酸、維生素等傳統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)升級(jí)不斷推進(jìn)，在一些重要產(chǎn)品上已經(jīng)能部分繞開(kāi)專利封鎖。在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上，國(guó)外有長(zhǎng)鏈醇、1,4-?丁二醇、對(duì)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(guó)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(shí)現(xiàn)世界領(lǐng)先。在新酶設(shè)計(jì)、新合成途徑設(shè)計(jì)這些最前沿、決定未來(lái)產(chǎn)業(yè)布局的研究方向上，保持了與國(guó)際并行。

但同時(shí)必須認(rèn)識(shí)到，面向國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，在我國(guó)生物制造產(chǎn)業(yè)中，玉米等重要發(fā)酵原料的高昂成本始終是一大劣勢(shì)。因此，要實(shí)現(xiàn)生物制造產(chǎn)業(yè)的突破，打造我國(guó)生物制造產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，在現(xiàn)有合成生物學(xué)工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)上還需大力發(fā)展非糧原料的利用技術(shù)。一方面，要開(kāi)發(fā)木質(zhì)纖維素利用技術(shù)，使微生物細(xì)胞工廠能高效利用秸稈、木屑等非糧生物質(zhì)；另一方面，可以探索以?CO₂等為主要原料的生物技術(shù)，探索全新的碳利用途徑。隨著國(guó)家和人民對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的日益重視，未來(lái)我國(guó)的生物制造產(chǎn)業(yè)對(duì)廢水廢物的排放將有更高的要求，這就要求我們不斷去提升細(xì)胞工廠技術(shù)，在降低分離提取技術(shù)成本的同時(shí)，最大限度地減少副產(chǎn)品的合成，從而減少對(duì)環(huán)境的污染。

合成生物學(xué)現(xiàn)有的發(fā)展多是基于自然界中已有生物合成途徑的化學(xué)品實(shí)現(xiàn)生物制造。然而，絕大部分化學(xué)品是沒(méi)有天然生物合成途徑的，這為今后生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)，但也正是合成生物學(xué)真正展現(xiàn)其顛覆性價(jià)值之處。目前能從頭創(chuàng)建化學(xué)品全新生物合成途徑的報(bào)道還非常少，最大的瓶頸之一是新酶設(shè)計(jì)能力。要實(shí)現(xiàn)人工構(gòu)建全新的合成途徑，必須將計(jì)算生物學(xué)、合成化學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、蛋白質(zhì)科學(xué)等多學(xué)科進(jìn)行深度的交叉融合，才能在新酶設(shè)計(jì)方面獲得突破。因此，多學(xué)科會(huì)聚以及更廣泛合作網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，將是未來(lái)合成生物學(xué)發(fā)展的重要特點(diǎn)。

致謝感謝中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所張學(xué)禮、畢昌昊、孫際賓、鄭平、游淳、田朝光、張大偉、朱欣娜、于勇和中國(guó)科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所楊晟、姜衛(wèi)紅為本文撰寫提供的幫助。（作者：曾艷 趙心剛 周桔，中國(guó)科學(xué)院科技促進(jìn)發(fā)展局。《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）