當人們認為“合成胰島素將是遙遠的事情”之時，1965年9月17日，世界上第一個人工合成的蛋白質——牛胰島素在上海岳陽路320號誕生，此時距離“胰島素化學結構的解析”獲諾貝爾獎僅僅過去了7年。

如果釀酒酵母的16條染色體整合成類似原核細胞的1條染色體，它是不是還可以正常生長？覃重軍研究員在上海楓林路300號散步時的這一“瘋狂”想法，指引著他的團隊創建了世界首例人造單染色體真核細胞，這一自然界之前並不存在的“簡約化”生命﹔該成果被選為2018年度中國科學十大進展。

上海，作為我國合成生物學的發源地之一，一直不乏重要科學產出。但放眼國內外，這個新興領域中合作與競爭的態勢，亦如火如荼。北京、深圳、天津等地“異軍突起”，美國、英國已經在謀劃面向未來20年的發展目標。

1月8日，上海合成生物學創新戰略聯盟2022工作年會在華東師范大學低調地結束了，但它也是一個有關上海合成生物學未來的開始，並促人思考——下一個重磅成果何時出現？

【新一輪生命科技研究必爭之地】

合成生物學，是繼“發現DNA雙螺旋結構”所催生的分子生物學革命、“人類基因組計劃”所催生的基因組學革命之后的第三次生命科學的革命。它採用工程科學研究理念和策略，對生物體或生命體系進行有目標的設計、改造乃至重新合成，是新一輪國際生命科學技術研究的前沿焦點和必爭之地。

許多國家高度重視合成生物學發展。美國對合成生物學的布局比較早，近年來更是連續發布了多份科技路線圖，包括“半導體合成生物學”“工程生物學”“微生物組工程”“工程生物學與材料科學”等，這些路線圖都更加關注跨學科的交叉融合，進一步明確了面向未來20年的發展目標和方向。在《2021美國創新與競爭法案》中，合成生物學位列關鍵競爭技術。

英國早在2012年就制定了合成生物學國家路線圖，2016年又發布合成生物學戰略計劃。他們為此建立了涵蓋6個研究中心、1個創新中心、1個制造中心和1個產業中心的國家綜合性研究網絡，成立了 150 多家合成生物學初創企業。

全球合成生物學領域初創企業蓬勃發展。中國科學院上海營養與健康研究所熊燕研究員向解放日報·上觀新聞記者介紹，2020年全球合成生物學領域的相關企業獲投融資78億美元，是2019年的2.5倍。2021年第三季度，合成生物學初創企業的投融資為61億美元，增幅達33%。其中，健康和醫藥領域的投融資增長遠超其他領域。

【上海進入國際合成生物學競爭快車道】

我國合成生物學的戰略布局並不算晚，2008年中國科學院就開始制定面向2050年的重大交叉前沿科技領域發展路線圖——“生命起源、生物進化和人造生命”。2008年中，在北京召開了關於“合成生物學”的香山科學會議﹔年底，在上海召開了同樣主題的東方科技論壇。

最近十年，我國合成生物學領域出了不少重要成果，論文量、總被引頻次和篇均被引頻次逐步增長，其中前兩項“指標”已位列世界第二。我國在“十四五”規劃中已明確提出，將合成生物學作為重點科研攻關的前沿領域之一。

目前，我國合成生物學領域的相關企業主要集中在北京、上海、浙江、江蘇、廣東、天津等地。2020年12月，工程生物產業數據分析平台發布“全球最值得關注的50家合成生物學企業”，有9家中國企業入選。

“上海在合成生物學領域基礎雄厚，整體進入國際合成生物學競爭快車道。”中國科學院院士、上海交通大學微生物代謝國家重點實驗室教授鄧子新向解放日報·上觀新聞記者介紹。

2008年，中國科學院合成生物學重點實驗室在上海成立。2015年，上海各高校和科研機構協同成立了合成生物學創新戰略聯盟，這兩項重要的舉措，推動了全國合成生物學在科學探索和產業應用的發展。

近年來，上海科學家構建了全球最大的合成生物學反應大數據系統，建立了全球領先的從頭合成智能設計體系，可實現一周內完成從目標化合物選擇到菌株理性選擇等研發能力，其先進性可與美國國防部高級研究計劃局支持的項目相媲美﹔發展了新型蛋白質分子設計技術，蛋白酶K在新冠肺炎檢測中得到大規模應用，累計供應近1億人份﹔甜菊糖苷的兩種稀有組分在全球率先實現工業化生產，新增銷售收入8800萬元﹔開發出新一代光遺傳學工具，隻需每天光照1分鐘即可讓糖尿病小鼠顯著降血糖。

新型光遺傳學工具光照小鼠、大鼠、兔示意圖

【帶動上海三大核心產業融合發展】

上海的合成生物學未來向何處去？

“最近，有一家投資公司急著要和我見面，想了解合成生物學，因為‘合成生物學’成為投資的熱點。”中國科學院院士、中科院分子植物科學卓越創新中心研究員趙國屏說。

但是，“合成生物學”什麼樣的成果，才能真正在市場上得到價值的承認？趙國屏舉例說，“人類基因組計劃”開展之后，美國加州海岸“順勢”冒出了一批以“人類基因組”為導向的生物技術創業公司。但幾年之后，靠數據吃飯的公司基本銷聲匿跡了，靠技術的公司還在“艱難生存”，隻有靠產品的公司還在發展。可見，“有用的產品“才是最終被市場認可的價值。

因此，在“熱”中更需“冷”思考。在趙國屏看來，合成生物學最主要的任務，是要按人們的需求，設計出相應的“產品”——分子機器、細胞工廠、新型藥物等等。但實現這一目標最大的科學技術瓶頸，就是理性設計能力太差，其背后是對非線性的復雜的生命系統，從分子到細胞再到個體的多層次功能和規律的科學認識不到位。

“最近這次香山科學會議就提出了利用定量生物學，強化在認識規律基礎上推導出理論模型的‘白箱策略’。同時，將努力推行在大數據基礎上，通過‘機器學習’等人工智能手段，建立模型的‘黑箱策略’。如果再加入合成生物學機器系統產生數據，提供試錯和驗証的工程技術平台，那就是兩者的結合，會有一個質的提升。”

無獨有偶。日前，“人工智能預測蛋白質結構”位列國際學術期刊《科學》2021年度十大科學突破之首。未來，與人工智能的融合，可能會是合成生物學的一個發展方向﹔而細胞機器人和混合細胞電子系統的出現，則為集成電路與合成生物學的交叉，提供了新思路。

2021年9月，上海首家合成生物產業特色園區“南大合成生物產業園”揭牌，以實現創新企業從“苗圃—孵化器—中試加速—產業化生產”的功能布局。可以預見的是，合成生物學將成為上海生物醫藥產業新一輪發展的重要驅動力。

【前瞻設計，將研究目標“再聚焦”】

2021年10月，深圳出台了全國首個合成生物學專項扶持政策——《光明區關於支持合成生物學創新鏈產業鏈融合發展的若干措施》。

政策引導往往會促進合成生物學的區域創新集群的形成。截至2019年，全球合成生物學公司超過730家，其中僅美國加州就有214家。加州還將通過“生物構建”行動計劃，進一步促進加州生物經濟快速發展。

出席上海合成生物學創新戰略聯盟2022年會的專家們表示，上海目前的研究還比較“散”，建議進行前瞻設計，制定區域發展路線圖，將研究目標和方向“再聚焦”。此外，建議出台更具體的政策措施，真正實現創新鏈與產業鏈的深度融合。

與會的上海市科委總工程師趙健表示，市科委將圍繞國家戰略，繼續關注相關產業發展的重大需求，整合創新優勢力量，促進上海合成生物學研究高質量發展。

當我們展望上海何時會出現下一個合成生物學的重磅成果之時，其實很難預測，因為重大科學發現都不是“規劃”出來的。但是，也不難預測，因為合成生物學為生命科學技術提供了可以發展“設計”能力的道路——工欲善其事必先利其器，“器”磨利了，何愁工不善其“事”？

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