有人说：“21世纪是生物学的世纪。”近年来备受资本市场青睐的合成生物学作为“BT+IT”（生物技术+信息技术）交叉融合的代表性学科，被誉为继“DNA双螺旋结构的发现”和“人类基因组计划”之后有望引领“第三次生物技术革命的技术”，主要以工程化的手段设计合成基因组为标志。
“天时地利人和”，造就了合成生物学产业的广阔前景。麦肯锡研究数据显示：生物制造产品可以替代60％的化学制造产品，未来生物制造的方式有望对医药、化工、食品、能源、材料、农业等传统行业产生巨大影响。预计到2025年，合成生物学与生物制造的经济效益将达到1000亿美元。
从“格物”到“造物”，合成生物学知多少？
其实，中国古代早已有“天工造物”的说法，但囿于技术的限制，这一畅想在很长一段时间里只能停留在书本之上。
而进入21世纪，随着人类基因组技术以及基因编辑、基因合成、细胞治疗等技术的不断成熟和完善，生物界开始使用合成生物学的方式来进行生物体的改造。近年来，二氧化碳人工合成淀粉、二氧化碳人工合成葡萄糖和脂肪酸、生物基尼龙替代化石基尼龙、高效生物合成人乳寡糖以及人造细胞肉等产品不断问世，让合成生物学逐渐进入人们的视野。
CellX（食未科技）的产品雏形：小酥肉
“随着科学与技术的发展，现在我们有能力对一个生命体进行重新设计、构建和合成，创造出具有全新功能的生物体，这就是所谓的‘合成生物学’。”在中国科学院深圳先进技术研究院副院长、深圳合成生物学创新研究院院长刘陈立看来，这是属于未来的“天工开物”。
关于合成生物学，人们常常会听到三个名词：底盘、元件和模块。其中，被改造的生物叫做“底盘”，被改造的一个个硬件（比如DNA、蛋白质）叫做“元件”。“元件”最好要做到标准化，即插即用。那么，多个“元件”怎么组合在一起呢？这时候，就要像设计集成电路一样去设计生物，做到“模块化”设计。
从这个角度来说，合成生物学可以通过顶层设计、使用标准化的“元件”和基因线路去进行拼装，构建出新的生物系统，从而解决健康、资源和环境领域里的多重问题。
利用合成生物学这一工具，研究人员可以从不同层面（酶、代谢途径和基因组）对微生物合成过程进行设计、调控和优化。因此，合成生物学可以广泛应用于农业、食品、服装、能源、化妆品、环境保护、生物医药和军事等多个领域。
行业待爆发，AI技术在合成生物学领域大有可为
古语有云：“春江水暖鸭先知。”资本往往能够最快嗅到行业的发展动向。合成生物学赛道的崛起，也离不开资本的加持。细数合成生物学在国内的发展历程，可以分为以下几个阶段：
2000年起，我国合成生物学基础研究领域加速发展；
2011年以来，合成生物学技术的专利布局进入加速期，相关专利的申请量快速增长；
2015年以来，合成生物学产业迎来了投资加速期。
尤其是2020年以来，合成生物学备受瞩目。据相关数据显示，中国合成生物学2021年、2022年、2023年第一季度公开投融资事件数分别为22件、12件、5件，融资金额分别合计24.8亿元、25.9亿元、8.99亿元。
镁孚泰生物科技（上海）有限公司CEO 刘想
对此，翌圣生物全资子公司镁孚泰生物科技（上海）有限公司CEO刘想在采访中表示：“合成生物学目前在国内和国外都很火，不管是科研端、产业端还是资金端，都十分看好合成生物学这个新赛道。不过从整个行业的发展阶段来看，我认为合成生物学目前还处于行业爆发早期。”
和所有热门的行业一样，合成生物学“火热”发展的过程也是一个持续除去“泡沫”的过程。“目前，合成生物学在制药、食品、化工、材料、能源、农业等领域都有广泛的应用，这也是它‘热’的原因之一。未来的技术爆发点很可能是在AI领域——从蛋白质设计到代谢通路设计，再到发酵工艺优化，有了AI技术的加持，整个过程都会加速。但是这个过程不会特别快，有可能还需要几年甚至几十年。”刘想坦言。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员、生合万物技术顾问 周志华
中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员、生合万物技术顾问周志华也肯定了AI技术的重要价值。“从目前而言，AI还处于起步阶段，但它的发展速度非常快。目前，大量优秀的AI企业都落户在张江，其中有些企业正在对蛋白‘元件’进行设计，这是整个合成生物学的核心。我相信，未来AI技术在合成生物学领域将大有可为。”
张江，具备齐全的合成生物学发展要素
目前，国外从事合成生物学领域的公司已经超过500家，国内相关领域的公司也多达百余家。作为全国生物医药创新高地和上海生命科学产业集聚区域，张江依托上海和浦东新区的合成生物学产业基础，已具备基本齐全的合成生物学产业要素，形成了较完整的产业生态，涉及产品型、平台型、技术型、科研型等不同类型的企业、机构。
以镁孚泰为例，作为翌圣生物于2023年新成立的全资子公司，它是一家致力于提供酶改造智能化解决方案的创新型企业。
酶是一类重要的生物催化剂，绝大多数酶是蛋白质，后者被誉为合成生物学的“芯片”，即合成生物学中被改造的基础“元件”。刘想告诉我们，在一些应用场景中，天然的酶或者挖掘到的酶种不能满足实际需求，需要按照不同的场景进行定制；酶改造是一个底层技术，因此它在合成生物学、体外诊断、新药研究等领域都具有广泛的应用价值。
镁孚泰五大核心酶改造技术
目前，镁孚泰已成功搭建起酶工程领域的五大核心酶改造技术，可以大幅度提升酶改造的成功率，更好地赋能合成生物学、生物医药、分子诊断、生命科学研究等酶相关产业的升级。
由周志华担任技术顾问的生合万物则是一家由分子微生物学家赵国屏院士、有机化学家岳建民院士“双院士共建”的生物科技企业，拥有天然化合物领域前沿技术以及产业化经验，致力于用合成生物学技术生产天然化合物。
关于天然化合物，青蒿素是一个很有代表性的例子，1972年，屠呦呦从黄花蒿中分离出活性成分青蒿素，该发现使数百万人免死于疟疾。和青蒿素一样，很多广泛存在于植物中的天然产物具有重要的生理活性，是开发新药的重要来源。合成生物学可以实现这些高价值天然产物的异源生产，使其得以进入大宗材料的领域，真正意义上造福人类。
据周志华介绍，和其他的合成生物学技术一样，天然化合物从实验室技术经过中试放大，再到生产出合格的产品，最后将产品变成商品推向市场，并让大众接受它，这个过程非常曲折。“主要会面临三方面的瓶颈：一是技术，二是政策，三是人才队伍。”
采访中，她介绍了生合万物成立的初衷：“合成生物学从技术到最终转化为产品，整个研究周期比较长，需要很大的投入，传统药企或生物技术企业进行投入并补齐短板的意愿不强，所以我们成立了生合万物这家公司，希望利用社会资本，把这部分的空白补齐。”
上海张江合成生物创新中心：一个高通量、自动化的公共服务平台，加速研发效率
前文提到，合成生物学的发展离不开“BT+IT”技术的飞速发展，受益于基因合成、基因编辑等生物学技术的长足进步，合成生物学逐渐发展出了以“设计-构建-测试-学习”（即DBTL循环）为核心的研发模式和以发酵为主导的放大生产模式。
“在这个过程中，每一个循环都是一次效率提升的迭代。如果没有一个高通量、自动化的平台，仅凭人工进行迭代，需要的时间非常漫长。高通量、自动化的平台则可以加快DBTL循环的迭代速度，从而提升它的运行效率。”周志华在接受采访时直言。
她打了一个简单的比方：过去，纯靠人力来进行DBTL循环，就像是步行或者骑自行车；有了高通量、自动化的平台，就像是坐上了高铁，DBTL循环的运行效率会实现成百上千倍的提升。
上海张江合成生物创新中心正式揭牌
在前不久的2023张江生命科学国际创新峰会主论坛上，由生合万物创始人之一赵国屏院士及其团队与张江集团共同发起成立的上海张江合成生物创新中心正式揭牌。该中心将专注于建成天然化合物的细胞工厂，构建、产物测试-产物功能评价的自动化、高通量技术平台，为上海天然产物的合成生物、研发、生物制造及相关药物申报提供多维度的技术支撑。
据周志华介绍，上海张江合成生物创新中心能够为研究人员和初创企业提供各种技术服务，从而帮助他们加速在合成生物学方面的研发过程。据她透露，该平台预计将于明年4月安装测试完毕，并于5月对外开放。
倡导并发起成立上海张江合成生物创新中心，是生合万物夯实植物及其他稀有天然化合物等合成技术体系的重要举措。“这个过程需要使用自动化菌种构建和高通量筛选平台，并对其进行改善。未来，我们还将充分利用与张江集团共建的人工细胞工厂铸造平台提供的设备和服务，去完善整个合成技术体系。”周志华坦言。
从具体的举措来看，中心将以技术服务为先导，建设1个生物铸造厂；以孵化服务为加持，建设1个专业孵化器；以天使投资为纽带，建设1支天使投资基金；以监管科学为支撑，建立1套助力研审联动的机制。
当前，合成生物学赛道风起云涌，张江率先“亮剑”。相信上海张江合成生物创新中心未来正式投入运营后，加之一众张江合成生物学企业在研发上持续发力，将为这一赛道持续注入新的发展动能。
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