张先恩解读新时代中国生物技术发展图景

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发展建言

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党的二十大报告中提出要建设现代化产业体系，其中“生物技术”被规划为新的增长引擎。从科技角度来看，中国的生物技术发展要从哪些方面发力？合成生物学将如何助力“双碳”目标的实现？就此，《闳议》节目专访了深圳理工大学（筹）合成生物学院院长、中科院生物物理研究所研究员张先恩。

中国网：党的二十大报告提出，要推动战略性新兴产业融合集群发展，其中就包括生物技术。您认为，我国在相关领域需要在哪些方面继续加强研究与投入？

张先恩：战略性新兴产业的提出和发展，现已经过了好几个五年。当前，我国战略性新兴产业涉及好几个方面，包括下一代的信息技术、人工智能、生物技术等。最近提出战略性新兴产业“集群融合发展”，非常符合时代要求、时代特征。战略性新兴产业本身就已经形成了一个个集群，从京津冀、长三角到珠三角都形成了自己的特色。其中生物技术板块，虽然很早就提出来了，但是真正形成生物技术产业，无论是规模还是质量都有待提升。未来，不管是对人类健康还是粮食食品安全，还是生物工业，社会对生物工业日用品的一些需求，都有着非常庞大的市场和很多的技术竞争。

从生物技术这一点来讲，第一个是医学生物技术，人类寿命不断延长和健康改善，很大程度上是医学医疗技术的进步。第二个是农业生物技术，它直接涉及到粮食安全和食品安全。第三个是生物制造，它的名片就是“绿色”。通过生物技术，通过绿色制造来满足人类的日常需求，这些都具有战略意义。生物制造是生物科学和生物技术产业化的体现，未来的发展中是要与信息技术、人工智能、工程科学紧密结合从而极大提升效率。合成生物学早期是试图借鉴工程学的原理发展高效生物技术。但生物体系是一个巨复杂系统，我们对生物体系掌握的知识非常有限，使我们在设计生物体系的时候，面临成功率的问题，所以要亟待发展相关的理论来解决好这个问题。理论的发展形成包括两个方面。一是从所谓的“白箱”理论，就是用已知的原理来设计生物体系，或把生物体系的规律凝练出来，来设计生物体系。二是最近几年在国际上迅速突破的基于生物大数据的人工智能，通过机器学习来找到底层的一些规律性的东西。前者叫“白箱”，后者叫“黑箱”，二者叠加，就有可能发展成合成生物学的理论层面的内容。只要我们把理论和所谓的使能技术结合起来，再加上应用作为出口。我们正在做的合成生物学的路线图就体现这种的学科体系理念与国际同行相比有可能是中国的特色。合成生物学的学科体系，有利于技术发展和广泛应用，这也可能是未来是对人类科学做出的贡献。

中国网：作为生命科学领域的专家，您认为近年来，尤其是经历了抗击新冠肺炎疫情的考验，中国的发展对世界相关领域的研究有哪些贡献？

张先恩：新冠肺炎疫情是世界大疫，小小的病毒扰动了全球，改变了世界，我们都有亲身的经历。中国生命科学的发展，从过去10年一直到疫情将近3年的时间，也是有它的过程。这个过程可以看到有几个变化：一是全面的进步。生命科学相对于发达国家，我们还是比较滞后的，原因一是历史的原因，当分子生物学快速发展的时期，我们忙于其他的事情。二是现实原因，就是生命科学的投入在发达国家比重非常高。三是产业的活动，在发达国家尤其在美国有比较成熟的研究、转化、产业化的机制和体系。我们这块儿是后来发展的，所以是相对滞后的。

第二，我们是在很多前沿科学，即生命科学发展的前沿，如脑科学、干细胞、合成生物学等，国家都有相关的重大、重点项目的部署，这些部署已经取得了非常明显的效果，也引起国际同行的关注和重视。比如合成生物学，10年以前与美国、英国一起组织召开了三国六院会议，三国是中国、美国、英国，六院是（三个国家的）科学院、工程院，三国六院会议全面讨论了合成生物学未来的发展，它需要的支持以及政策、环境，这个会开得非常成功。10年以后可以看出中国的合成生物学进步，如果仅仅看论文发表的体量，过去我们非常少，现在与美国是同一个体量，这是说明量的过程。从宏观来看，生命科学大致上粗略可以分为生物学、农业生物科学和医学科学。从发表被引用的前1%的论文来看，我们10年前占的比重都是个位数，现在像生物科学和农业科学都已经是两位数，医学也将近是接近两位数，这样的变化是非常显著的。

中国网：能否请您阐释一下，合成生物学的发展将如何助力“双碳”目标的实现？

张先恩：从应用角度，它可以从几方面体现：

一是可以通过合成生物学的方法来生产能源物质，比如像乙醇、燃油，这些物质一直以来都是通过化石能源来生产的，也是比较主要的污染来源，二氧化碳排放的污染来源。通过合成生物学来生产这些东西，可以大大降低二氧化碳的来源。

第二，合成生物学可以取代传统化工所生产的各种日用化学品的工艺。这个方面的潜力是巨大，比如尼龙、塑料、纤维、橡胶、很多化工原料等，将极大地降低二氧化碳的排放来源。已经有比较好的进展，总体是一个未来产业。

三是直接将二氧化碳资源化，来生产高附加值的产品。前年评为“十大科学进展”的二氧化碳变成淀粉，就是通过合成生物学做的。去年又评为“十大科技新闻”的就是把二氧化碳变成了葡萄糖和油脂，号称二氧化碳变“粮”“油”，这是一个形象的比喻。这样就把二氧化碳作为资源，直接来转化成有用的产品，也是对实现“双碳”目标的贡献。

中国网：在担任科研工作的同时，您也在2021年开始牵头筹建深圳理工大学（筹）合成生物学院。对于青年科技人才的培养，您有怎样的寄语和期待？

张先恩：在筹建过程中，我非常荣幸地参与合成生物学院的筹建工作。在这里面我体会到，一是合成生物学作为新兴、交叉的学科，急需人才，因为它不像传统学科，知识体系比较成熟。对于新兴的交叉学科来讲，人才未来一是缺口比较大，二是需求量大；二是它代表未来生物产业发展核心驱动力。

在筹建学院的过程中，我们的基本理念是要为整个领域发展，为国家的未来生物产业的发展培养好下一代年轻人，为未来的生物科学的卓越人才、未来生物产业的创新人才、创新领军人才做好储备铺垫。在深圳创新非常有活力的土壤中，这两类人才都非常需要。这两类人才的培养，无论对深圳，还是对国家，还是对整个领域，都非常重要。

我们也采取了很多办法，有几个依托：一是依托高水平的科学家、教育家，我们已经凝聚了一批高水平的学者；二是依托深圳市率先建设的非常先进的合成生物学的重大科学设施，这个设施在今年会大部分建成，它对科学研究和学生培训，是极其难得的平台；三是深圳具有科研成果转化环境，所以我们在课程体系中强化了科研活动和创新转化实践内容，通过教学和现场实践结合，学生会受到比较好的培训，依据他个人的兴趣发展，要么他未来可能成为生物科学的卓越人才，要么他可能加盟到产业大军里，成为未来的领军人才。当然学校目前还是筹建，路还很长，但我们很有信心。

（本期策划：杨柳春、王振红；编审：杨柳春、王振红、王虔；编辑：王虔、武一男；摄影/摄像：武一男；后期：朱法帅。出品：《中国科学院院刊》、中国互联网新闻中心；制作：中国网、中国发展门户网）

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