《西游记》里，孙悟空可以用一根毫毛实现“72变”。这样看似不切合实际的情节，却在现代科技的推动下逐渐成为现实。

合成生物学采用工程化的思路，引导细胞执行预先设定的任务，被称为继“DNA双螺旋结构”和“基因组技术”之后的第三次生物科技革命。生物制造则利用生物体的功能来加工和转化物质，实现对所需产品大规模绿色生产，被认为其具有引领“第四次工业革命”的潜力。

合成生物学的不断发展为生物制造注入了创新思维和技术。虽然尚不能像孙悟空那样仅使用“吹灰之力”变出万物，但通过基因编辑，能够将可再生的生物质转化为对有益的、人们所需的新产品和材料。

在第65届秋季药机博览会组委会特举办首届CIPM合成生物学与生物制造产业发展大会主论坛中，国家卫生健康委员会百姓健康频道（CHTV）联合医学论坛网（CMT）深入探寻21世纪的合成生物与生物制造产业的奥秘。

“相辅相成”的绿色制造途径

合成生物学采用工程化的思路，打破了自然进化的局限。通过构建“基因网络”，引导细胞执行预先设定的任务。生物制造则利用生物体的功能来加工和转化物质，实现对所需产品大规模生产。这种模式不仅减少能源消耗和环境污染，还能解决多行业资源短缺的问题。

合成生物学正在以生物制造为核心驱动，全面改变着生产方式。

比如，利用酶或含酶生物细胞作为基础，进行基因挖掘、蛋白质改造、催化以及生物转化过程的强化等多个环节，将原料转化为所需要的化学品。

论坛上，中国工程院郑裕国院士以高丝氨酸衍生物为例，阐述了合成生物学在构建细胞工厂并实现大规模生产方面的潜力和进展。作为重要的工业化学品，高丝氨酸衍生物传统化学合成法存在步骤长、条件苛刻等问题。合成生物学则可以通过代谢途径重构、基因编辑等技术改造大肠杆菌等微生物，增强菌株生产能力，优化代谢网络，提高目标产物的合成效率。随着技术进步，高丝氨酸衍生物的微生物细胞工厂将逐渐成为主流，实现高效生物合成和工业化生产，成为绿色化学制造创新途径。

除了工业化学品，药品也是合成生物学与生物制造关键应用方向。

γ-氨基丁酸（GABA）是中枢神经系统中的关键非蛋白氨基酸，对于调节大脑神经活动具有至关重要的作用。然而，GABA本身的亲脂性差，难以通过血脑屏障，这限制了其在中枢神经系统疾病治疗中的应用。为此，科学家们开发了多种GABA类药物去克服难题问题。郑裕国院士提到，传统化学合成GABA类药物效率低下，同时会产生大量废弃物，大约70%的物质在生产过程中会变成废物，总回收率仅为20%，对环境造成了严重负担。

通过逆合成分析法，采用β-取代丁二腈作为起始原料，对腈水解酶区域进行改造，并通过立体选择性水解级联催化加氢过程，生成化学-酶法合成GABA类药物的路线。

这种新型合成路线具有多种优点：首先，工序简洁，减少了多步合成的复杂性；其次，条件温和，降低了对环境和操作人员的影响；再者，原子经济性高，可以对原料有效充分利用，废弃物少；最后，无效异构体可以消旋回用，进一步提高了原料的利用率和经济性。不仅提高了GABA类药物的生产效率，还减少了对环境的影响。

产业快速发展 机遇与挑战并存

随着全球人口的持续增长以及人们对健康、环保等方面需求的不断提高，合成生物学与生物制造行业迎来了巨大市场需求和发展机遇。

合成生物学在全球范围内迅速崛起，其应用遍及医疗健康、科研、化学品、食品、环境和农业等多个关键领域。2023年，合成生物学技术引领的市场规模已达到170亿美元，预计年复合增长率为28.8%，到2028年全球市场规模将增至500亿美元[1]。

在中国，生物制造在2023年的市场规模已经达到4200亿元人民币，同比增长14.8%。华熙生物科技股份有限公司首席科学家郭学平在主旨报告中指出，合成生物学产业正呈现出“多点开花”的态势，北京、上海、天津、深圳、江苏、浙江等地都在进行积极布局。

然而，任何事态的发展都不是单方面的，其背后所要面对的问题和挑战也接踵而至。

近年来，众多企业入局，市场竞争日趋激烈，许多企业缺乏核心竞争力，出现技术或产品同质化现象严重。此外，技术的快速更新迭代也给企业带来了巨大的成本压力，企业需持续投资研发以保持技术领先，而往往在回收投资前就需要再次技术升级，增加了成本控制的复杂性。这些都是在未来发展过程中值得考量的问题。

提高“新质生产力”，一直都是合成生物学与生物制造产业的核心议题。不仅要加速新技术的研发，还要减少对现有技术的依赖。通过融合材料科学、计算机科学以及工程学等多元领域的技术，能够推动生物功能的多样性与新应用的开发，为创新的生物制造提供更多可能性。

此外，借助人工智能技术可以加速基因回路和代谢路径设计，降低研发成本和周期，提升研发效率。深度学习在元件工程、基因线路、代谢工程和基因组工程中显现，通过自动化和高通量实验优化合成生物系统，显著提高了工作效率并缩短了研发周期[2]。

另外，对于新兴产业而言，尤其需要密切关注市场导向，也就是所谓“既要关心技术能不能做得出来，又要关心市场能不能买的出去”。根据市场需求，调整研究方向，开发具有市场潜力的产品。企业应与产业界合作，将研究成果转化为商业产品，实现技术的商品化，以满足市场需求并推动行业发展。

也许正如华东理工大学叶邦策教授所言，合成生物学的哲学意义是从“格物致知”到“造物致知”的演进。在这一过程中，合成生物学不仅是对自然界生物现象的研究和理解，更是通过主动设计和构建生物系统来深化对生命本质的认识。

而合成生物学与生物制造的“互相加持”，也给人们带来了更多想象空间。

参考来源

[1]https://www.ocn.com.cn/industry/202407/dvdfr18081628.shtml

[2]https://zhuanlan.zhihu.com/p/685124808.

来源：CHTV百姓健康

封面图源：CHTV