合成生物学前景广阔

“合成生物”是人类主动构建和创造生命，利用工程学的方法，像组装汽车一样将一系列基因组件设计、组合，最终制造出满足人类需求的生物体。基于合成生物学的生物制造作为一种潜力巨大的新兴生产方式，几乎可以制造日常生活所需的所有东西（包括药品、燃料、塑料等），无疑将推动生命健康、能源、化工等领域的高速发展。
 
作为合成生物学的发源地，美国一直都是合成生物学最大的开发者和投资者，出台了数量众多的计划和战略。2004年，合成生物学首次入选《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术”榜单。2006年，美国在该领域开始大规模投资，美国国家自然科学基金会为新成立的合成生物学工程研究中心提供10年共3900万美元的资助。2011年，美国国防部开始布局合成生物学，宣布一项名为“生命铸造厂”的新计划，专注于合成生物学项目的投资与开发。
 
2022年3月，美国众议院通过《2022美国创新与竞争法案》，该法案批准了近3000亿美元的投资，以全面提升美国的全球竞争力，其中1600亿美元用于科学研究和创新，合成生物学位列其中的十大关键技术。
 
2022年9月12日，拜登签署《国家生物技术和生物制造计划》，该计划将在未来几十年内指导美国对具有领导地位和经济竞争力的生物技术领域进行投资。该政令的核心直指合成生物学及其赋能应用。
 
刘陈立在哈佛大学做博士后研究期间，就对处于科技前沿的合成生物学进行深入研究。2022年上半年，他在《科技之巅：全球突破性技术创新与未来趋势（20周年珍藏版）》一书上发表了学术评论，介绍合成生物学发展的前景。他在文中指出，广义上讲，只要有“造”（包括改造和创造）生物系统的概念，就是合成生物技术。按照尺度划分，可以分为五类：一是生物大分子水平的改造或创造，例如mRNA疫苗和DNA存储技术。二是亚细胞水平的改造或创造，例如构建多酶体系，将甲醇人工合成为淀粉，为未来“空气变馒头”提供可能性。三是细胞水平的改造或创造，例如改造酵母完全合成阿片类药物，未来可能对罂粟种植业产生重大影响；又如改造细菌治疗苯酮尿症和恶性实体瘤，有望革新代谢性疾病和癌症的治疗。四是多细胞水平的改造或创造，例如改造水稻和小麦原生质体，实现作物的精准育种。五是半生物、半机器的杂合体系的创造，例如结合疾病信号的合成细菌和电子传感器的胶囊，实现肠道环境的实时监控；再如融合电子传感器和合成细菌构建的快速自修复的柔性应变传感器，实现指节动作的稳定感知。
 
刘陈立分析指出，这些合成生物技术能否最终实现突破或应用，往往取决于我们对基础生物学的理解程度。比如，针对“合成细胞”，研究者虽然实现了细菌基因组的全化学合成，并在2016年合成了只含有473个基因的最小基因组细胞，然而这个“最小细胞”产生的子细胞形态常常畸形。2021年通过反复试错，放回7个基因，才使“最小细胞”的分裂和形态恢复正常。这恰恰证明，我们对细菌的细胞分裂机理还不甚了解，无法对分裂异常细胞进行理性的工程化校正。这些基础的生物学问题，除了依赖生物学自身的发展，也将得益于合成生物学自下而上（bottom-up）的研究体系。我们常常说合成生物学的一大特色是“造物致知”，通过构建生命以理解生命。一个终极的例子就是，采用自下而上的方法合成人工细胞，探索“死”的无生命物质是如何在自然条件下变成“活”细胞的。实质上是在回答“生命是什么”这一根本生物学问题，对于理解生命功能运行机制具有重大的科学意义。合成生物技术围绕这一目标，将引领未来数十年相关产业的科技革命。