合成生物学工业应用的现状和展望

合成生物学工业应用未来展望

近年来世界范围内合成生物学技术迅猛发展，我国在此领域人才储备不断扩大，技术能力不断提升，在整体发展水平上保持了与国际同行。在合成生物学技术的推动下，我国生物制造产业快速进步。氨基酸、维生素等传统产品的技术升级不断推进，在一些重要产品上已经能部分绕开专利封锁。在新产品开发上，国外有长链醇、1,4- 丁二醇、对苯二甲酸等一系列重要大宗化学品的生物制造技术，而我国科学家在肌醇、3- 羟基丙酸、己二酸等化合物的生物制造技术上实现世界领先。在新酶设计、新合成途径设计这些最前沿、决定未来产业布局的研究方向上，保持了与国际并行。

但同时必须认识到，面向国际市场竞争，在我国生物制造产业中，玉米等重要发酵原料的高昂成本始终是一大劣势。因此，要实现生物制造产业的突破，打造我国生物制造产业的国际竞争力，在现有合成生物学工业应用的基础上还需大力发展非粮原料的利用技术。一方面，要开发木质纤维素利用技术，使微生物细胞工厂能高效利用秸秆、木屑等非粮生物质；另一方面，可以探索以 CO₂等为主要原料的生物技术，探索全新的碳利用途径。随着国家和人民对生态环境保护的日益重视，未来我国的生物制造产业对废水废物的排放将有更高的要求，这就要求我们不断去提升细胞工厂技术，在降低分离提取技术成本的同时，最大限度地减少副产品的合成，从而减少对环境的污染。

合成生物学现有的发展多是基于自然界中已有生物合成途径的化学品实现生物制造。然而，绝大部分化学品是没有天然生物合成途径的，这为今后生物制造产业的发展带来很大的挑战，但也正是合成生物学真正展现其颠覆性价值之处。目前能从头创建化学品全新生物合成途径的报道还非常少，最大的瓶颈之一是新酶设计能力。要实现人工构建全新的合成途径，必须将计算生物学、合成化学、化学生物学、蛋白质科学等多学科进行深度的交叉融合，才能在新酶设计方面获得突破。因此，多学科会聚以及更广泛合作网络的构建，将是未来合成生物学发展的重要特点。

致谢感谢中国科学院天津工业生物技术研究所张学礼、毕昌昊、孙际宾、郑平、游淳、田朝光、张大伟、朱欣娜、于勇和中国科学院上海植物生理生态研究所杨晟、姜卫红为本文撰写提供的帮助。（作者：曾艳 赵心刚 周桔，中国科学院科技促进发展局。《中国科学院院刊》供稿）