合成生物學工業(yè)應用未來展望

近年來世界范圍內(nèi)合成生物學技術(shù)迅猛發(fā)展，我國在此領域人才儲備不斷擴大，技術(shù)能力不斷提升，在整體發(fā)展水平上保持了與國際同行。在合成生物學技術(shù)的推動下，我國生物制造產(chǎn)業(yè)快速進步。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品的生物制造技術(shù)，而我國科學家在肌醇、3-?羥基丙酸、己二酸等化合物的生物制造技術(shù)上實現(xiàn)世界領先。在新酶設計、新合成途徑設計這些最前沿、決定未來產(chǎn)業(yè)布局的研究方向上，保持了與國際并行。

但同時必須認識到，面向國際市場競爭，在我國生物制造產(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。因此，要實現(xiàn)生物制造產(chǎn)業(yè)的突破，打造我國生物制造產(chǎn)業(yè)的國際競爭力，在現(xiàn)有合成生物學工業(yè)應用的基礎上還需大力發(fā)展非糧原料的利用技術(shù)。一方面，要開發(fā)木質(zhì)纖維素利用技術(shù)，使微生物細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。隨著國家和人民對生態(tài)環(huán)境保護的日益重視，未來我國的生物制造產(chǎn)業(yè)對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胞工廠技術(shù)，在降低分離提取技術(shù)成本的同時，最大限度地減少副產(chǎn)品的合成，從而減少對環(huán)境的污染。

合成生物學現(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品實現(xiàn)生物制造。然而，絕大部分化學品是沒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)展帶來很大的挑戰(zhàn)，但也正是合成生物學真正展現(xiàn)其顛覆性價值之處。目前能從頭創(chuàng)建化學品全新生物合成途徑的報道還非常少，最大的瓶頸之一是新酶設計能力。要實現(xiàn)人工構(gòu)建全新的合成途徑，必須將計算生物學、合成化學、化學生物學、蛋白質(zhì)科學等多學科進行深度的交叉融合，才能在新酶設計方面獲得突破。因此，多學科會聚以及更廣泛合作網(wǎng)絡的構(gòu)建，將是未來合成生物學發(fā)展的重要特點。

致謝感謝中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所張學禮、畢昌昊、孫際賓、鄭平、游淳、田朝光、張大偉、朱欣娜、于勇和中國科學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，中國科學院科技促進發(fā)展局?！吨袊茖W院院刊》供稿）