王曉梅 楊小薇 李輝尚，2 何微 辛竹琳

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所，北京 100081；2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院海外農(nóng)業(yè)研究中心，北京 100081）

合成生物學(xué)是關(guān)于設(shè)計(jì)和重新合成生命的一門新興交叉融合性學(xué)科，是近年來發(fā)展最為迅猛的前沿交叉學(xué)科之一。2000年，Eric Kool 對合成生物學(xué)進(jìn)行了重新定義標(biāo)志著這一學(xué)科的出現(xiàn)。2003年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）主辦了第一屆iGEM，是合成生物學(xué)領(lǐng)域的國際性學(xué)術(shù)競賽。合成生物學(xué)相繼被MIT Technology Review、Science、Nature等頂級雜志評為改變世界的重大科學(xué)突破。世界經(jīng)濟(jì)論壇、麥肯錫、大西洋理事會、經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織、美國戰(zhàn)略與國際研究中心等機(jī)構(gòu)紛紛發(fā)布報(bào)告認(rèn)為合成生物學(xué)是最值得關(guān)注的科技發(fā)展趨勢之一。

合成生物學(xué)在醫(yī)學(xué)、制藥、化工、能源、材料、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景［1-2］。政府部門、科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界力圖通過推動戰(zhàn)略謀劃、加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)、擴(kuò)大產(chǎn)品應(yīng)用等多種措施來促進(jìn)合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。全球主要國家對合成生物學(xué)展開了系統(tǒng)的研究，產(chǎn)生了許多具備領(lǐng)域特征的研究理論、技術(shù)、監(jiān)管和應(yīng)用創(chuàng)新，特別是基因線路工程的建立、使能技術(shù)的工程化平臺建設(shè)與生物信息大數(shù)據(jù)的開源應(yīng)用正在全面推動合成生物學(xué)的發(fā)展。面向未來技術(shù)、面對新的挑戰(zhàn)，亟須開展長期的學(xué)科研究和政策研究，并對適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的政策進(jìn)行探索與實(shí)踐，以保障合成生物學(xué)更加快速和健康的發(fā)展。本文系統(tǒng)梳理了全球合成生物學(xué)發(fā)展時(shí)間脈絡(luò)，并對合成生物學(xué)科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析。通過借鑒歐美國家發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國合成生物學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題，形成我國合成生物學(xué)發(fā)展建議以供理論引導(dǎo)和政策借鑒。

1 全球合成生物學(xué)發(fā)展政策

2000年，Eric Kool 對合成生物學(xué)進(jìn)行了重新定義標(biāo)志著這一學(xué)科的出現(xiàn)，基因線路工程的建立、使能技術(shù)的工程化平臺建設(shè)與生物信息大數(shù)據(jù)的開源應(yīng)用正在全面推動合成生物學(xué)的發(fā)展［1，3］。合成生物學(xué)進(jìn)入全球共識、合作與競爭的快速發(fā)展時(shí)期，歐盟、美國、中國等國家/地區(qū)從學(xué)科發(fā)展、政策制定和戰(zhàn)略布局等多維度促進(jìn)合成生物學(xué)發(fā)展［4-9］，本文系統(tǒng)梳理了全球合成生物學(xué)領(lǐng)域發(fā)展和戰(zhàn)略布局演進(jìn)路徑（圖1）?！昂铣缮飳W(xué)”經(jīng)歷了2000-2007年的學(xué)科萌發(fā)期和產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期，2008-2015年的政策窗口期、學(xué)科發(fā)展期和產(chǎn)業(yè)擴(kuò)張期后，從2016年至今已經(jīng)進(jìn)入了政策、學(xué)科和產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展的快速增長期，是21 世紀(jì)發(fā)展最迅猛的前沿交叉學(xué)科之一。

圖1 全球合成生物學(xué)領(lǐng)域發(fā)展和戰(zhàn)略布局演進(jìn)路徑Fig. 1 Evolution path of development and strategic layout in the field of synthetic biology in globe

近年來，合成生物學(xué)得到世界各國的高度重視，全球主要國家政府陸續(xù)出臺合成生物學(xué)相關(guān)扶持政策，國際合成生物學(xué)科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅猛［10］。全球主要國家相繼建立合成生物學(xué)研究中心，形成了遍布全球的合成生物學(xué)研究網(wǎng)絡(luò)，以美國、英國為主導(dǎo)的國外發(fā)達(dá)國家在合成生物學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)展進(jìn)程較快。歐盟最早通過第六研究框架計(jì)劃從政策層面、以項(xiàng)目資助的方式促進(jìn)合成生物學(xué)發(fā)展，法國、德國等成員國針對合成生物學(xué)及相關(guān)技術(shù)分別制定了針對本國的研究發(fā)展戰(zhàn)略。英國政府于2012年和2016年相繼發(fā)布《合成生物學(xué)路線圖》和《英國合成生物學(xué)戰(zhàn)略計(jì)劃》，是首個(gè)在國家層面通過路線圖方式推動合成生物學(xué)發(fā)展的國家［11］。美國從多個(gè)維度來推動合成生物學(xué)的發(fā)展，自2019年開始連續(xù)3年發(fā)布了《工程生物學(xué)：下一代生物經(jīng)濟(jì)的研究路線圖》《微生物組工程：下一代生物經(jīng)濟(jì)研究路線圖》《工程生物學(xué)與材料科學(xué)：跨學(xué)科創(chuàng)新研究路線圖》等合成生物學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究路線圖［12-14］。中國政府也高度重視合成生物學(xué)的發(fā)展，2008年香山科學(xué)會議首次探討了合成生物學(xué)背景、進(jìn)展和展望［15］，并連續(xù)多年開展了合成生物學(xué)專題學(xué)術(shù)討論，2022年《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》明確將合成生物學(xué)列為重點(diǎn)發(fā)展方向。

2 全球合成生物學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀

國家政府、科研院校、基金會、企業(yè)等通過自上而下的研發(fā)體系來助力合成生物學(xué)的科學(xué)研究和應(yīng)用創(chuàng)新，產(chǎn)生了許多具有領(lǐng)域特征的新技術(shù)和新應(yīng)用，圖2 為近十年全球合成生物學(xué)主要研究項(xiàng)目和成果。合成生物學(xué)研究涉及機(jī)構(gòu)和企業(yè)眾多，科研橫跨醫(yī)藥、化工、能源、農(nóng)業(yè)等多個(gè)關(guān)鍵學(xué)科領(lǐng)域。全球已初步建立起合成生物學(xué)研發(fā)格局，主要涉及使能技術(shù)、平臺工具和產(chǎn)品應(yīng)用導(dǎo)向的研究和開發(fā)。

圖2 近十年全球合成生物學(xué)主要研究項(xiàng)目和成果Fig. 2 Major project funding and research results of synthetic biology in globe in recent ten years

2.1 合成生物學(xué)科學(xué)研究發(fā)展現(xiàn)狀

合成生物學(xué)研究領(lǐng)先國家分別為美國、中國、英國、德國、法國等，在戰(zhàn)略規(guī)劃和研發(fā)資金的扶持下，世界各地相繼建立合成生物學(xué)研究機(jī)構(gòu)。2006年，加州大學(xué)伯克利分校、哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院及加州大學(xué)舊金山分校共同組建成立合成生物學(xué)工程研究中心［16］；2010年，德國馬爾堡大學(xué)和馬普學(xué)會微生物研究所共同成立合成微生物學(xué)中心［17］，同年英國建立了涉及7 大研究中心的覆蓋合成生物設(shè)施、研發(fā)中心、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化及人才培養(yǎng)的全國性綜合網(wǎng)絡(luò)［18］；2019年，由美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室、英國帝國理工學(xué)院、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)院等來自全球8 個(gè)國家的16 所頂尖合成生物設(shè)施機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)起成立國際行業(yè)聯(lián)盟，聯(lián)盟現(xiàn)已擴(kuò)展到全球32 所頂尖合成生物組織和機(jī)構(gòu)［19-20］。中國合成生物學(xué)科研主體為合成生物學(xué)前沿科學(xué)中心和技術(shù)創(chuàng)新中心、深圳先進(jìn)院合成生物研究所、創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、重大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等。

在科學(xué)研究方面，以基因組編輯為代表的新技術(shù)帶來了合成生物學(xué)領(lǐng)域前所未有的突破，如DNA測序、DNA 合成、基因組設(shè)計(jì)、合成與組裝、基因編輯技術(shù)、元件工程、回路工程、計(jì)算與建模等［21］。中國科學(xué)院趙國屏團(tuán)隊(duì)以天然含有16 條染色體的真核生物釀酒酵母為研究材料，采用合成生物學(xué)“工程化”方法和高效使能技術(shù)，在國際上首次人工創(chuàng)建了自然界不存在的簡約化的生命——僅含單條染色體的真核細(xì)胞［22］。美國博得研究所David Liu 團(tuán)隊(duì)研發(fā)出超精確基因編輯工具“Prime Editor”，不依賴DNA 模板即可實(shí)現(xiàn)單堿基自由轉(zhuǎn)換和多堿基增刪，有望修正89%的已知致病性人類遺傳突變［23］。美國斯坦福大學(xué)Lei Qi 團(tuán)隊(duì)開發(fā)出CRISPR 多功能成像方法“CRISPR LiveFISH”，可實(shí)時(shí)觀測活細(xì)胞中基因組編輯的動態(tài)變化［24］。法國巴黎索邦大學(xué)Smith Lemaire 團(tuán)隊(duì)開發(fā)了模塊化的光合底盤，在萊茵衣藻微藻中實(shí)現(xiàn)合成生物學(xué)的MoClo 工具包，能夠快速構(gòu)建用于基礎(chǔ)研究和藻類生物技術(shù)的工程細(xì)胞［25］。英國帝國理工學(xué)院Paul Freemont 團(tuán)隊(duì)研究了無細(xì)胞蛋白質(zhì)合成作為哺乳動物合成生物學(xué)的原型平臺，使用HeLa 細(xì)胞提取物和液體處理自動化作為組織培養(yǎng)和流式細(xì)胞術(shù)測量的替代方法可實(shí)現(xiàn)模型系統(tǒng)的快速原型化［26］。北京大學(xué)王憶平團(tuán)隊(duì)利用合成生物學(xué)克服固氮酶在真核細(xì)胞器中穩(wěn)定表達(dá)的障礙，研究發(fā)現(xiàn)高水平固氮酶活性的NifD-R98 變體可能將活性MoFe 蛋白穩(wěn)定地靶向線粒體，預(yù)先評估Nif 蛋白在植物表達(dá)中的穩(wěn)定性，為在植物細(xì)胞器中構(gòu)建活性固氮酶鋪平道路［27］。

2.2 合成生物學(xué)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

合成生物學(xué)被廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)業(yè)，在推動科學(xué)革命的同時(shí)，合成生物技術(shù)正快速向?qū)嵱没?、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。美國、歐盟、澳大利亞通過項(xiàng)目資助、技術(shù)集成和聯(lián)合研發(fā)等多種方式來參與到合成生物學(xué)的研究應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化［28］。鑒于合成生物學(xué)的巨大應(yīng)用前景，資本和市場的敏銳嗅覺也立馬捕捉到這一點(diǎn)，協(xié)同科研機(jī)構(gòu)競相投入到合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)投資開發(fā)之中，以搶占合成生物學(xué)發(fā)展先機(jī)。2004年，美國蓋茨基金會向Amyris 公司投資4 250 萬美元用于青蒿素的研發(fā)；2012年美國Exxon Mobil 公司與Synthetic Genomic 公司簽訂了合作協(xié)議，投入6 億美元進(jìn)行微藻生物燃料的研發(fā)；2019年澳大利亞國立大學(xué)發(fā)起約2 000 萬澳元的“提高作物抗逆性和產(chǎn)量的智能植物和解決方案”研究項(xiàng)目；2021年，藍(lán)晶微生物獲得近2 億元人民幣融資用于數(shù)字原生研發(fā)平臺的搭建和生物材料PHA 管線的自主研發(fā)推進(jìn)。

在應(yīng)用技術(shù)方面，以人工合成基因組技術(shù)在代謝工程、蛋白工程、細(xì)胞工程、基因工程、制藥工程中的運(yùn)用拓展了合成生物學(xué)的應(yīng)用前景［29-30］。合成生物技術(shù)應(yīng)用涵蓋平臺開發(fā)、醫(yī)藥、化工、能源、食品和農(nóng)業(yè)等重點(diǎn)領(lǐng)域［31-34］，圖3 為合成生物學(xué)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域及產(chǎn)品。（1）平臺：工程化信息平臺包括非生物平臺和生物平臺。哈佛大學(xué)等基于紙張開發(fā)出價(jià)格低廉、無菌的非生物合成生物學(xué)技術(shù)［35］。Novome Biotechnologies 公司構(gòu)建的人類腸道細(xì)菌基因工程微生物藥物平臺是第一個(gè)使用工程菌控制腸道定居的平臺［36］。（2）醫(yī)藥：涉及疾病診斷、疫苗、抗生素、藥物、基因治療、細(xì)胞工程等產(chǎn)品［37］。美國合成生物學(xué)家Jay Keasling 設(shè)計(jì)構(gòu)建了能夠生產(chǎn)抗瘧藥物青蒿素的人工酵母細(xì)胞，堪稱合成生物技術(shù)的重大應(yīng)用典范［38］。美國哈佛大學(xué)James Collins 團(tuán)隊(duì)將合成生物學(xué)集成到可穿戴設(shè)備中以擴(kuò)大對生理狀態(tài)、疾病狀態(tài)和病原體或毒素暴露的無創(chuàng)監(jiān)測，開發(fā)的帶有凍干CRISPR 傳感器的口罩可在室溫下90 min 無創(chuàng)檢測SARS-CoV-2［39］。諾華公司開發(fā)的癌癥細(xì)胞療法Kymriah 將工程活細(xì)胞用于醫(yī)學(xué)治療，是第一個(gè)經(jīng)FDA 獲批的細(xì)胞療法［40］，全球首個(gè)脊髓型肌萎縮癥基因療法Zolgensma 也獲美國FDA 批準(zhǔn)上市［41］。（3）能源環(huán)境：利用微生物合成高能生物燃料或遺傳改造微生物使其能將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙醇、蛋白質(zhì)等［42-43］。印度理工學(xué)院Sanjay Kumar 團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了生物燃料增長最快菌株拉長聚球藻UTEX 2973，已知的聚囊藻屬PCC 6803 和長聚囊藻PCC 7942 等已成功用于生物燃料生產(chǎn)［44］。以色列魏茨曼科學(xué)研究所Ron Milo 團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制出可固定二氧化碳的大腸桿菌，使其從異養(yǎng)生物變成自養(yǎng)生物［45］。Deep Branch 公司利用微生物將工業(yè)排放的二氧化碳轉(zhuǎn)換為高價(jià)值蛋白質(zhì)來生產(chǎn)清潔且可持續(xù)的魚類和禽類飼料，將碳足跡減少達(dá)75%［46］。（4）化工：系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改造實(shí)現(xiàn)生物路線對化學(xué)路線的逐步替代，包括化學(xué)品、材料、工業(yè)酶、工業(yè)流體和個(gè)人護(hù)理等產(chǎn)品的市場開發(fā)［47-48］。Genomatica 公司將生物基丁二醇的工藝商業(yè)化，開發(fā)聚酰胺中間體和長鏈化學(xué)品［49］。麻省理工學(xué)院Christopher Voigt 團(tuán)隊(duì)利用細(xì)菌孢子構(gòu)建的3D 彈性生物材料能應(yīng)對極端應(yīng)力包括干燥、溶劑、滲透壓、pH 值、紫外線和γ 輻射［50］。中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所馬延和團(tuán)隊(duì)在淀粉人工合成方面取得突破性進(jìn)展，在國際上首次實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成［51］。（5）食品：涉及人造肉、油、酒、蛋白質(zhì)、食品添加劑和天然功能成分等［52-53］。Perfect Day 和Clara Foods 公司通過合成生物學(xué)技術(shù)開發(fā)合成蛋白類產(chǎn)品，如牛奶、蛋清、奶酪等［54］。Calyxt 公司的高油酸大豆油是第一款進(jìn)入美國食品供應(yīng)市場的基因編輯大豆油，Calyno 富含80%油酸，且富含亞油酸少，更健康［55］。（6）農(nóng)業(yè)：涉及農(nóng)作物及畜牧生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括成本控制、化肥農(nóng)藥減施、生物傳感器等［56-57］。Agrivida 公司開發(fā)的酵素植酸酶Grain 可以提高飼料的消化率，減少動物體內(nèi)的營養(yǎng)抑制劑［58］。Greenlight Biosciences公司致力于開發(fā)創(chuàng)造高性能的RNA 農(nóng)作物，使其精確靶向免疫于特定害蟲且不會傷害有益昆蟲或在土壤、水中殘留［59］。中國科學(xué)院楊晟團(tuán)隊(duì)以產(chǎn)堿梭菌為底盤，用脫殼玉米芯作為唯一的碳源創(chuàng)建了一條產(chǎn)堿梭菌輔酶a 依賴的丙酮-丁醇途徑，為用農(nóng)業(yè)剩余物生產(chǎn)化學(xué)品做出了示范［60］。

圖3 合成生物學(xué)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域及產(chǎn)品Fig. 3 Related application fields and products in synthetic biology

3 我國合成生物學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題

3.1 我國合成生物學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀

我國非常重視合成生物學(xué)的研究與發(fā)展。2010年以來，我國在合成生物學(xué)領(lǐng)域的頂層戰(zhàn)略規(guī)劃逐步加強(qiáng)，包括大量的學(xué)術(shù)活動和科技界與政府管理機(jī)構(gòu)的互動，如香山科學(xué)會議、“三國六院”會議、《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》均將合成生物技術(shù)列為發(fā)展引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)。在國家宏觀戰(zhàn)略指引下，近年來合成生物學(xué)科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展高歌猛進(jìn)，已有多個(gè)研究中心和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室得以成立，如2008年中國科學(xué)院批準(zhǔn)上海生命科學(xué)研究院成立合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2015年上海交通大學(xué)聯(lián)合其他機(jī)構(gòu)成立了上海合成生物學(xué)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，2017年中國科學(xué)院批準(zhǔn)深圳先進(jìn)技術(shù)研究院成立合成生物學(xué)研究所，2018年教育部批準(zhǔn)天津大學(xué)建設(shè)合成生物學(xué)前沿科學(xué)中心，2019年科技部支持天津與中中國科學(xué)院共建國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心等。同時(shí)，領(lǐng)域內(nèi)多個(gè)合成生物學(xué)重大項(xiàng)目獲得資金支持，國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃開設(shè)“合成生物學(xué)”專題，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃開設(shè)“合成生物學(xué)”重點(diǎn)專項(xiàng)等。

近年來，我國合成生物學(xué)在科學(xué)研究和應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域取得了許多具備學(xué)科特征的原始發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新成果，在染色體合成與染色體工程、基因組編輯、生物底盤構(gòu)建、定量工程生物學(xué)、生物元件工程和基因回路工程、天然活性物質(zhì)和有機(jī)化工產(chǎn)品的人工合成代謝、計(jì)算機(jī)生物模擬等基礎(chǔ)研究方面原始創(chuàng)新成果凸顯，成為國際合成生物學(xué)領(lǐng)域中的一支重要力量。同時(shí)，我國合成生物制造產(chǎn)業(yè)也快速進(jìn)步和發(fā)展，國內(nèi)一批合成生物學(xué)初創(chuàng)企業(yè)快速發(fā)展。氨基酸、維生素等傳統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)升級不斷推進(jìn)，在一些重要產(chǎn)品上已經(jīng)能部分繞開專利封鎖。在新產(chǎn)品開發(fā)上，國外有長鏈醇、1,4-丁二醇、對苯二甲酸等一系列重要大宗化學(xué)品的生物制造技術(shù)，而我國科學(xué)家在肌醇、3-羥基丙酸、己二酸等化合物的生物制造技術(shù)上實(shí)現(xiàn)世界領(lǐng)先。在新酶設(shè)計(jì)、新合成途徑設(shè)計(jì)這些最前沿、決定未來產(chǎn)業(yè)布局的研究方向上，保持了與國際并行［61］。

3.2 我國合成生物學(xué)發(fā)展存在的問題

快速發(fā)展的同時(shí)，也必須清醒的認(rèn)識到我國合成生物學(xué)發(fā)展仍處于起步較晚、跟跑且爭取迎頭追趕的狀態(tài)，諸多發(fā)展中的深層次問題仍有待進(jìn)一步解決。

第一，中長期發(fā)展規(guī)劃滯后。我國從頂層設(shè)計(jì)上明確了合成生物學(xué)的重要戰(zhàn)略地位，并逐步加強(qiáng)了該領(lǐng)域的國家宏觀戰(zhàn)略謀劃，但合成生物學(xué)領(lǐng)域的長期、短期技術(shù)發(fā)展路線整體規(guī)劃，技術(shù)發(fā)展實(shí)施路徑、生物倫理監(jiān)管體系構(gòu)建等仍處于空白地帶。目前，合成生物學(xué)領(lǐng)域的專項(xiàng)政策規(guī)劃并未出臺，如何實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到技術(shù)創(chuàng)新，從工程平臺建設(shè)到產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化等多層次、分階段的發(fā)展方式和發(fā)展路徑仍不明確。

第二，科研創(chuàng)新能力不足。2015年以來，我國在合成生物學(xué)領(lǐng)域研究發(fā)文躍居全球第二，但論文篇均影響力低于世界平均水平，在發(fā)表論文數(shù)量最多的前15 個(gè)國家中，中國論文的篇均引用數(shù)為第11 位［15］。這主要原因在于我國合成生物學(xué)領(lǐng)域論文的整體質(zhì)量還不夠高，且研究發(fā)文領(lǐng)域多集中在應(yīng)用領(lǐng)域，論文在基礎(chǔ)研究、技術(shù)方法原始創(chuàng)新、基因編輯技術(shù)、生物信息大數(shù)據(jù)、分子設(shè)計(jì)育種等前沿和核心技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力與歐美發(fā)達(dá)國家仍有較大差距；同時(shí)，雖然國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)應(yīng)用研究成果凸顯，但創(chuàng)新成果的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用實(shí)踐較少，科企融合度較低，對產(chǎn)業(yè)的推動力量較弱［62］。

第三，應(yīng)用研發(fā)主體錯(cuò)位。我國合成生物學(xué)應(yīng)用研究主要以科研院所為主體，企業(yè)主體數(shù)量和規(guī)模相對較少，缺乏大型產(chǎn)業(yè)巨頭和優(yōu)質(zhì)初創(chuàng)研發(fā)企業(yè)。目前國內(nèi)生物合成行業(yè)的主要代表企業(yè)為凱賽生物、藍(lán)晶微生物、恩和生物、華恒生物、衍進(jìn)科技和迪贏生物等，企業(yè)多為初創(chuàng)公司，規(guī)模相對較小，擁有的核心技術(shù)及知識產(chǎn)權(quán)較少，與歐美發(fā)達(dá)國家形成的大型跨國企業(yè)巨頭，協(xié)同多投融資渠道的初創(chuàng)企業(yè)融合發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局相比仍有較大差距。雖然近兩年不斷有新的創(chuàng)新型合成生物公司出現(xiàn)，但主要為平臺工具服務(wù)和應(yīng)用產(chǎn)品導(dǎo)向型公司，涉及使能技術(shù)開發(fā)的公司較少，產(chǎn)業(yè)主體規(guī)模和自主創(chuàng)新能力均較弱。

第四，應(yīng)用場景拓展局限。合成生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用正在助推諸多行業(yè)的發(fā)展，我國在合成生物學(xué)領(lǐng)域具有一些典型的商業(yè)應(yīng)用案例，并逐步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的提升與經(jīng)濟(jì)成本的下降，如近年最著名的青蒿素、凱賽生物的維生素C 規(guī)模生產(chǎn)、藍(lán)晶微生物聚羥基脂肪酸酯生物合成等，但由于缺乏類似美國地區(qū)性質(zhì)體系化的產(chǎn)業(yè)集群和金融環(huán)境，應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍然相對滯后。合成生物學(xué)產(chǎn)品涉及生物醫(yī)藥、化工用品、能源燃料、高新材料和農(nóng)產(chǎn)品等諸多門類，現(xiàn)階段我國合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用產(chǎn)品種類較少，主要以初級化學(xué)品合成為主，在醫(yī)藥、工業(yè)酶、工業(yè)流體、農(nóng)業(yè)和食品等諸多領(lǐng)域產(chǎn)品開發(fā)較少。

4 我國合成生物學(xué)發(fā)展的啟示建議

在全球合成生物學(xué)發(fā)展大背景下，針對我國合成生物學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，建議從政策規(guī)劃引導(dǎo)、科研體系構(gòu)建、產(chǎn)業(yè)主體培育和應(yīng)用場景拓展等方面切入構(gòu)筑多層次、多維度的綜合性協(xié)作網(wǎng)絡(luò)以推動我國合成生物學(xué)的發(fā)展。

4.1 加強(qiáng)宏觀政策引領(lǐng)，打造規(guī)劃布局一盤棋

合成生物學(xué)的發(fā)展需要從國家宏觀層面進(jìn)行整體布局，要加強(qiáng)戰(zhàn)略研究和頂層設(shè)計(jì)，注重各行業(yè)領(lǐng)域整體聯(lián)動性，形成政策布局一盤棋。首先，圍繞國家重大需求，統(tǒng)一戰(zhàn)略部署，制定我國合成生物學(xué)科技、產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖。路線圖要確定戰(zhàn)略方向和重點(diǎn)突破點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到技術(shù)創(chuàng)新，從工程平臺建設(shè)到產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的多層次、分階段的快速與穩(wěn)定發(fā)展［3］。其次，會聚研究很大程度上依賴于多領(lǐng)域、多行業(yè)的政策協(xié)同與規(guī)劃，要制定相應(yīng)的研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用各環(huán)節(jié)以及與其銜接的配套政策和規(guī)范體系，明確相應(yīng)的主管部門，厘清責(zé)權(quán)，建立科學(xué)、理性、有效和可行的管理體系。最后要研究制定科學(xué)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)、過程可重復(fù)和結(jié)果可測度的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，明確新產(chǎn)品的申報(bào)與審批路徑，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)評估和監(jiān)管，建立市場準(zhǔn)入規(guī)范［63］。

4.2 構(gòu)建高效研究體系，搶占科技創(chuàng)新制高點(diǎn)

合成生物學(xué)研究體系的構(gòu)建要以科研、項(xiàng)目和產(chǎn)品為導(dǎo)向，形成以科技自主創(chuàng)新為核心，項(xiàng)目成果實(shí)施為路徑，應(yīng)用產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為目的的全面創(chuàng)新。一是，要結(jié)合國際研究發(fā)展趨勢，進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，開展前沿領(lǐng)域探索與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，爭取更多的原創(chuàng)性成果，形成我國在合成生物學(xué)科技領(lǐng)域更多國際領(lǐng)跑的方向。二是，要加大重大項(xiàng)目支持和實(shí)施力度，加速合成生物學(xué)發(fā)展的技術(shù)裝備研發(fā)，攻克關(guān)鍵核心技術(shù)和“卡脖子”技術(shù)難題，促進(jìn)科技成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。合成生物學(xué)要成為一個(gè)大學(xué)科，有大前景，一定需要一個(gè)影響深遠(yuǎn)的大科學(xué)、大計(jì)劃或大項(xiàng)目來鋪路，如“人類基因組計(jì)劃”，它的空前成功給世界留下了無限遐想空間，可以利用重大項(xiàng)目的制定和實(shí)施帶動學(xué)科的發(fā)展［64］。三是，重視基礎(chǔ)研究、創(chuàng)新學(xué)科體系的建設(shè)，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科交叉、上下游融合的工程思維和文化的建立。培養(yǎng)跨學(xué)科人才隊(duì)伍，倡導(dǎo)跨學(xué)科的團(tuán)隊(duì)合作，培育造就高水平的研究梯隊(duì)。

4.3 培育優(yōu)質(zhì)產(chǎn)業(yè)主體，拓展協(xié)同研發(fā)新格局

合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)涉及人們衣、食、住、行等生活的各個(gè)方面，要合理規(guī)劃產(chǎn)業(yè)布局、從橫縱雙向維度拓展和延伸產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑，形成協(xié)同發(fā)展新格局。第一，強(qiáng)化企業(yè)創(chuàng)新主體地位，全面提升企業(yè)創(chuàng)新能力。支持初創(chuàng)公司快速發(fā)展幫助公司在創(chuàng)業(yè)初期完善技術(shù)，提供接觸投資者的機(jī)會等。第二，擴(kuò)充產(chǎn)業(yè)全球化布局，打造高端產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，擘畫“國內(nèi)國際”并進(jìn)格局。在國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易活動中運(yùn)用好知識產(chǎn)權(quán)國際規(guī)則，鼓勵(lì)核心技術(shù)、核心產(chǎn)品做好國際產(chǎn)業(yè)布局，確保國際市場競爭力。第三，支持企業(yè)加大研發(fā)投入，擴(kuò)大企業(yè)創(chuàng)新力度。政府可采取鼓勵(lì)和優(yōu)惠的稅收政策或財(cái)政措施，來增加企業(yè)科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新支持，通過加大企業(yè)創(chuàng)新成果激勵(lì)和拓展初創(chuàng)企業(yè)投融資支持來培育優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新企業(yè)主體。

4.4 拓展成果應(yīng)用場景，勇做未來市場領(lǐng)跑者

合成生物學(xué)產(chǎn)品的開發(fā)，必將在解決人口與健康、資源與環(huán)境、能源與材料重大難題的過程中發(fā)揮重要作用，要具備首創(chuàng)精神，強(qiáng)化科技賦能，加大創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品保障，拓展創(chuàng)新成果應(yīng)用場景，創(chuàng)造更多科技供給。科技創(chuàng)新與經(jīng)濟(jì)發(fā)展競爭歷來就是時(shí)間和速度的賽跑，要提高科技理解力，增強(qiáng)技術(shù)產(chǎn)品敏感度，科學(xué)研判創(chuàng)新發(fā)展趨勢，拓展創(chuàng)新成果應(yīng)用場景，對瞄準(zhǔn)的創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品超前布局，加大投入，加速趕超。一方面要加大創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品的保障，加快產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的研制，推動新技術(shù)及產(chǎn)品加快進(jìn)入市場，及時(shí)評價(jià)有關(guān)產(chǎn)品的安全性和可行性，建立相關(guān)審批綠色通道，縮短產(chǎn)品準(zhǔn)入的批復(fù)周期。另一方面要加強(qiáng)知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)和規(guī)則研究，國內(nèi)機(jī)構(gòu)要主動參與相關(guān)規(guī)則的制定和修訂工作，鼓勵(lì)核心技術(shù)產(chǎn)品做好國際專利布局，加快促進(jìn)技術(shù)要素與資本要素融合，促進(jìn)知識產(chǎn)權(quán)的市場轉(zhuǎn)化，從而形成現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。