合成生物学：像组装机器一样组配生物

当国人将目光投向因发现青蒿素而获得诺贝尔科学奖的屠呦呦身上时，一批专家学者进而聚焦在让青蒿素可以大规模制备的幕后英雄——合成生物学身上。2015年12月底以合成生物学发展战略为主题的第552次香山科学会议上，30多位专家研讨如何将“可以像组装机器一样组配生物”的设想变为现实。

所谓合成生物学，即综合利用化学、物理、分子生物学和信息学的知识和技术，设计、改造、重建或制造生物分子、生物体部件、生物反应系统、代谢途径和过程，乃至细胞和生物个体。

“合成生物学的提法已出现了一百多年，但真正实现突破则是最近10年的事。”中科院生物物理所研究员张先恩告诉记者。

2000年，《自然》杂志报道了人工合成基因线路研究成果，使得合成生物学在全世界范围引起了广泛的关注与重视，被公认为在医学、制药、化工、能源、材料、农业等领域都有广阔的应用前景。

国际上合成生物学研究发展飞速，在短短几年内就已经设计了多种基因控制模块，包括开关、脉冲发生器、振荡器等，可以有效调节基因表达、蛋白质功能、细胞代谢或细胞间相互作用。2003年在美国麻省理工学院成立了标准生物部件登记处，目前已经收集了大约3200个BioBrick标准化生物学部件，供全世界科学家索取，以便在现有部件的基础上组装具有更复杂功能的生物系统。

2006年以来，合成生物学发展又进入了新阶段，研究主流从单一生物部件的设计，快速发展到对多种基本部件和模块进行整合。

2008年，美国报道了世界上第一个完全由人工化学合成、组装的细菌基因组，之后又成功将该基因组转入到Mycoplasma genitalium宿主细胞中，获得具有生存能力的新菌株。

中科院上海生命科学院赵国屏研究员告诉记者，早在上世纪六七十年代，我国生物化学家和有机合成化学家共同努力，在世界上率先人工合成了有生理活性的胰岛素和酵母丙氨酸-tRNA。90年代以来，遗传学家与分子生物学家合作，积极投入基因组学研究，并进而发展一系列“组学”研究、生物信息学和系统生物学研究，推动我国生命科学研究进入全球第二梯队。

科技部于“十二五”期间，及时在“863”“973”计划中启动了合成生物学研究项目，实质性地推动了这一学科的发展。近年来，我国合成生物学研究集中在基础科学方法、基因组合成以及工业、农业、医学等领域的应用技术探索等方面，总体上已经处于合成生物学国际行列第二位。2015年9月，中科院天津工业生物技术研究所在产糖醇酵母基因组重组改造研究中取得了重大进展，为进一步实现糖醇生物制造奠定了基础。

而中医药作为合成生物学发展的重要资源宝库，如何整合国内各方力量，取得更多类似青蒿素这样的成果，也为合成生物学的研究提供新思路。

会议执行主席杨胜利研究员认为，如何对现有研究力量进行整合，充分发挥在相关领域已有的良好研究基础，从医药、能源和环境等产业重大产品入手，抓住合成生物学的核心科学问题，创建可控合成、功能导向的新代谢网络和新生物体，引领中国合成生物学的原创研究和自主创新，是目前亟待解决的问题。