【新华社客户端6月25日】当不同的原料在实验室中相遇，会擦出怎样的火花？
最近，合成生物的概念迅速升温，并延伸至资本市场。业内人士认为，合成生物作为21世纪生命科学领域的颠覆性技术之一，其应用非常广泛，前景可期，也已有不少国家将之作为发力的关键领域。随着合成生物学研究不断走向深入，其在节约能源、低碳环保等领域的诸多潜在优势正逐步显现。
“生物制造+”竞速
用二氧化碳制糖？你没听错。空气中的二氧化碳和糖看似并无关联，如何从前者转变为后者，这一看似不可能已经成为现实。
2021年，在位于天津空港经济区的中国科学院天津工业生物技术研究所实验室内，从二氧化碳到淀粉的人工合成落地成真，很快蜚声海内外。两年后的2023年，站在合成淀粉成果的“肩膀”上，该研究所与中国科学院大连化学物理研究所科研团队合作，实现了又一次创新飞跃——从二氧化碳到糖的精准全合成。
研究所内从事此项研究的杨建刚说，这一在实验室里结出的硕果，为研究人员摆脱自然条件的束缚、利用二氧化碳创造多样的糖，提供了切实可行的途径。
科研团队从碳素缩合、异构、脱磷等酶促反应入手，用人工方式改造自然来源酶催化剂的催化特性。进入实验操作环节，研究人员将二氧化碳等原料在反应溶液中按一定比例调配，在人工改造过的酶等催化剂的催化作用下，高效、精准地获得了葡萄糖、阿洛酮糖、塔格糖、甘露糖4种己糖。
杨建刚表示，该过程的碳转化率高于传统植物光合作用，比已知的化学法制糖，以及电化学-生物学耦合的人工制糖方法都有更高的效率。与通过种植甘蔗等农作物提取糖分的传统方式相比，糖的获取时长实现了从“年”到“小时”的跨越。
二氧化碳在实验室的“蜕变”，是如今火热的合成生物的缩影。通俗来讲，合成生物技术是一种全新的“造物”技术，可以理解为生物学的工程化。它融合了生物学、化学、工程学等多种技术，以可再生生物质为原料，以生物体作为生产介质，旨在利用廉价原料，以菌种、细胞、酶为制造工厂，通过规模化发酵获得目标产品，具有清洁、高效、可再生等特点。
作为一门前沿交叉学科，合成生物学适用范围基本涵盖了医药、健康、制造、农业等大多数领域。尤其是在食品、化妆品、功能性营养品等行业，其应用能够最快实现产业化，并大大提高这些行业的生产效率，前景广阔。
在近期举办的2024中关村论坛年会上，中国工程院院士、北京化工大学教授谭天伟对合成生物的未来寄予厚望。他表示，生物经济将有望成为继农业革命、工业革命、数字革命之后，引领未来的第四次产业革命的重要力量。生物制造是新质生产力非常重要的新赛道和新业态，目前由国家发展改革委牵头，工业和信息化部和科技部等国家部委正在联合研制国家生物技术和生物制造行动计划，并且有望在近期出台，“生物制造+”是其中的关键内容。
2025年，1000亿美元
合成生物究竟会给人类的经济社会发展带来怎样的改变？从已有成果即可窥见一二。
以其对经济的带动作用来看，正如谭天伟所说，随着生物技术进一步取得突破性进展，生物制造有望向采矿、冶金、电子信息、环保等领域拓展，发展前景十分广阔，将成为经济增长的重要引擎。
麦肯锡数据显示，预计到2025年，合成生物学与生物制造的经济价值将达到1000亿美元，未来全球60%的物质生产可通过生物制造方式实现。
当前，国内从中央到地方纷纷出台合成生物相关支持政策。国家发展改革委印发的《“十四五”生物经济发展规划》多处提及“合成生物”；上海出台《上海市加快合成生物创新策源打造高端生物制造产业集群行动方案（2023-2025年）》，计划到2030年，建设合成生物全球创新策源高地、国际成果转化高地和国际高端智造高地，基本建成具有全球影响力的高端生物制造产业集群；杭州、常州等多地出台了鼓励政策。
当前，全球资源短缺、环境污染、气候变化等问题日益突出，合成生物技术为破解这些发展困境，实现可持续发展提供了可行的路径。
同样以二氧化碳到糖的转变为例，“二氧化碳－生物质资源－糖”的传统加工过程，受到植物光合作用能量转换效率限制。由于土地退化和短缺，全球气候变暖导致的极端天气和自然灾害频发，依赖于糖类生物质资源的生产方式正面临着供应安全风险。人工高效、精准制糖，有望帮助减少来自农业生产的不确定性风险，更充分地满足人类对糖的需求。
杨建刚说，通过这套研究方法获得的糖，不仅能够作为原料应用于食品、医药等领域，有效缓解因人口增长而带来的糖需求压力，而且还在生物医药、工业等多个领域展现出广泛的实用价值。该成果为在工业条件下直接制糖开辟了新路径，降低了对土地和水的依赖。将二氧化碳转化为淀粉、糖等人类生产生活必需品，还会减少二氧化碳排放，助力“双碳”目标早日实现。
业内专家还指出，在农业生产中，氮肥使用量大幅增加带来的土壤板结和酸化等问题，可以通过合成生物学“微生物固氮”技术得以有效解决。在环境治理上，可以通过“定制”微生物去除难降解的有机污染物，也可开发人工合成的微生物传感器帮助人类监测环境，以及设计构建能够识别和富集土壤或水中的镉、汞、砷等污染物的微生物，以大幅提升污染治理效能。
“合成生物是驱动生物科技发展的颠覆性技术，是实现绿色制造、“双碳”目标的底层支撑。未来，生活中80%的物质都可以通过细胞工厂生产，覆盖衣食住行医用的各个领域。”华熙生物科技股份有限公司董事长赵燕如此说。
产业化赋能美好生活
不久前，伟德国际1946源于英国未来食品科学中心合成生物创新团队宣布，他们已经实现了透明质酸的人工合成，并且这一过程的成本已大幅降低。“透明质酸最早是从牛的眼睛里发现并提取出来的，价格非常昂贵，每公斤要几万元。现在我们团队利用合成生物学技术，借助微生物发酵生产普通分子量的透明质酸，把成本降到每公斤几百元，实现了透明质酸大产量推广应用。”创新团队成员康振说。
该团队通过技术攻关，可以利用细胞工厂生产“万物”，从而大幅降低原材料成本，使得如今很多化妆品原料的获取不再依赖于传统的动植物提取方式。
“合成生物学的技术突破熠熠生辉，将为未来创新与应用领域带来前所未有的广阔前景和无限可能。我们将扎根合成生物和生物制造领域，服务地方经济发展，推动相关产业链升级和转型，为发展新质生产力尽一份力量。”创新团队负责人汪超说。
可以乐观地预测，随着越来越多突破性合成生物技术成果在实验室里诞生，并加速产业化，将更方便地为人类的美好生活赋能。
特别是，基于国内庞大的市场和完备的供应链，以及多年在一些领域的深耕发酵，中国的合成生物学研究目前已经处在全球有利位置。而着眼未来，赵燕认为，合成生物要更注重加强产学研合作，确保科学家专注于从0到1的原创性科学研究。同时，企业积极参与其中，充分发挥“产”的作用，推动合成生物科研成果的产业转化和市场转化。
中国工程院院士、伟德国际1946源于英国教授陈坚提出，应搭建配备先进仪器设备和高水平人才的高能级平台，推动原始创新并产出高质量成果。为此，拥有完善的生产、营销体系的头部企业，携手在技术产品开发上具备优势的初创公司，两者充分发挥各自优势，将能更快速推进生物科技产业繁荣发展。
本文来源：新华社客户端
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