合成生物被視為引領(lǐng)生物制造變革和生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展的顛覆性技術(shù)，被譽(yù)為繼DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)、人類基因組計(jì)劃之后的“第三次生物技術(shù)革命”，已成為大國科技競爭的制高點(diǎn)。
在北京市科委、中關(guān)村管委會(huì)2024年11月14日舉辦的“新質(zhì)生產(chǎn)力看北京”主題采訪中獲悉，北京已集聚80余家合成生物制造領(lǐng)域創(chuàng)新企業(yè)?！侗本┦屑涌旌铣缮镏圃飚a(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2024-2026年）》提出，到2026年，北京合成生物制造的創(chuàng)新資源集聚力、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新策源力、示范應(yīng)用引領(lǐng)力、區(qū)域輻射帶動(dòng)力將全面提升，北京創(chuàng)新策源、津冀承接支撐、輻射帶動(dòng)全國的發(fā)展格局基本形成，預(yù)計(jì)培育百家以上優(yōu)秀初創(chuàng)硬科技企業(yè)，初步形成1到2個(gè)百億級(jí)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。
翻開生物再造“密碼”
人們經(jīng)常用“造物主”來形容賦予萬物生命的大自然，如今，人類也掌握了獲得這一造物能力的部分“密碼”——在合成生物領(lǐng)域，科學(xué)家、科研人員將具有各種特性的細(xì)胞、基因片段、蛋白質(zhì)等“零部件”有機(jī)地組合在一起，從而設(shè)計(jì)出全新的細(xì)胞、物質(zhì)、生命形式。
昌平區(qū)未來科學(xué)城，在微元合成生物技術(shù)有限公司的天臺(tái)，一株株萬壽菊正在盛開。過去，生產(chǎn)1噸葉黃素，需要用一年時(shí)間種植250畝這樣的萬壽菊，收成往往“看天吃飯”。而今，用一個(gè)300立方米的罐子，不到10天時(shí)間就能產(chǎn)出1噸葉黃素。他們“造物”的原料，是葡萄糖和微生物。
在微元合成研發(fā)中心的整整一面墻上，繪制著一張密麻繁復(fù)的線路圖。這是一張“代謝網(wǎng)絡(luò)圖”，也是研發(fā)人員在細(xì)胞工廠里“造物”的底圖和字典。
“想象一下，在細(xì)胞里面有數(shù)千個(gè)反應(yīng)在發(fā)生，并且相互作用。這如同一個(gè)繁忙的交通網(wǎng)絡(luò)，從A點(diǎn)到B點(diǎn)再到C點(diǎn)、D點(diǎn)，中間有無數(shù)個(gè)分支，既要讓‘交通’網(wǎng)絡(luò)特別順暢，又要讓‘貨物’能夠高效地從北京直達(dá)廣州，不被相互作用的競爭代謝給拉偏方向，這些都是我們科研人員所要克服的難題?！惫臼紫瘎?chuàng)新官劉偉豐說，要想篩選、培育到合適的微生物菌種，找到造物的“鑰匙”，需要研發(fā)人員從基因編輯、酶的表達(dá)、代謝途徑設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行獨(dú)創(chuàng)性研究。
2021年12月，微元合成成立，其核心團(tuán)隊(duì)來源于中國科學(xué)院微生物所，是國內(nèi)最早從事合成生物學(xué)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的團(tuán)隊(duì)之一。經(jīng)歷了三年發(fā)展，微元合成已經(jīng)掌握了多項(xiàng)世界領(lǐng)先的合成生物底層技術(shù)，如全球獨(dú)家的大片段基因編輯能力、行業(yè)領(lǐng)先的合成生物元件庫和代謝模型、國內(nèi)唯一的代謝分子動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)平臺(tái)等。
除了葉黃素外，通過合成生物技術(shù)“魔法”生成的，還有曾經(jīng)僅存在于無花果干中、口感與蔗糖接近而幾乎沒有熱量的阿洛酮糖，從海藻等生物中提取并廣泛用于醫(yī)藥、食品、化工行業(yè)的甘露醇等。
“解決化工生產(chǎn)高能耗、高污染，農(nóng)業(yè)種植效率低、成本高等問題，是合成生物制造最大的優(yōu)勢?！蔽⒃铣蓱?zhàn)略發(fā)展總裁崔維敏透露，2024年年底，基于北京的科技創(chuàng)新優(yōu)勢和河北省基礎(chǔ)制造產(chǎn)業(yè)資源，公司位于河北秦皇島的工程放大中心及小規(guī)模柔性生產(chǎn)基地將投入使用，進(jìn)一步推動(dòng)合成生物創(chuàng)新產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化落地。
制造業(yè)掀起“綠色革命”
一天一粒氨糖軟骨素，是年過六旬后時(shí)不時(shí)膝關(guān)節(jié)疼痛的市民趙女士近幾年養(yǎng)成的習(xí)慣。令她有些心疼的是，女兒給她買的氨糖軟骨素一瓶動(dòng)輒兩三百元。好消息是，在合成生物技術(shù)之下，其價(jià)格有望大幅下降。
“氨糖軟骨素，不少中老年人骨關(guān)節(jié)疼都會(huì)吃，是全球消耗前三的保健品，其中一種主要成分是乙酰氨基葡萄糖。”北京市合成生物制造技術(shù)創(chuàng)新中心（籌）相關(guān)負(fù)責(zé)人、北京化工大學(xué)高新院副院長王斌說，大眾熟知的是，乙酰氨基葡萄糖過去主要靠從蝦蟹殼中提取，而且提取過程大量使用濃鹽酸，不僅污染大，且成本高。而引入合成生物技術(shù)后，通過給特定的微生物“喂”葡萄糖，每投入2噸葡萄糖就能產(chǎn)出1噸乙酰氨基葡萄糖，大幅降低了氨糖軟骨素的生產(chǎn)成本，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)品價(jià)格更加親民。
用鋼鐵工業(yè)尾氣生產(chǎn)的可替代汽油的燃料乙醇、比傳統(tǒng)材料更保暖易排汗的生物酶抗菌衣物、替代人工飼料的微藻蛋白飼料……在北京市合成生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展展示中心，可以看到，合成生物創(chuàng)新成果正在北京加速涌現(xiàn)。
未來科學(xué)城管委會(huì)醫(yī)藥健康產(chǎn)業(yè)處四級(jí)調(diào)研員郭玉東說，昌平區(qū)作為北京市合成生物產(chǎn)業(yè)主要承載區(qū)，已初步聚集了微元合成、先正達(dá)、吉態(tài)來博、博雅輯因、齊禾生科等70余家國內(nèi)外合成生物創(chuàng)新企業(yè)，相關(guān)成果已應(yīng)用于生物醫(yī)藥、美麗經(jīng)濟(jì)、化工能源、農(nóng)業(yè)等眾多領(lǐng)域。
技術(shù)平臺(tái)加速成果走出實(shí)驗(yàn)室
作為融合了生物學(xué)、基因組學(xué)、工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科的前沿領(lǐng)域，合成生物制造領(lǐng)域前景無限，但在傳統(tǒng)研發(fā)模式下，其研發(fā)周期往往漫長且困難?！霸谀M計(jì)算的幫助下，現(xiàn)在我們一個(gè)研究生半年的工作量相當(dāng)于過去一個(gè)博士生整個(gè)博士階段的工作量?！蓖醣笳f，創(chuàng)新中心搭建了四大研究平臺(tái)，其中的計(jì)算分析平臺(tái)能夠通過模擬計(jì)算完成過去需要通過大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行試錯(cuò)才能完成的工作，大幅提升研發(fā)效率。
市科委、中關(guān)村管委會(huì)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，北京已布局一批合成生物技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，如依托中國科學(xué)院微生物所已有菌種保藏庫，加快建設(shè)高質(zhì)量合成生物制造元件庫及生物信息庫；在昌平區(qū)布局北京市合成生物制造技術(shù)創(chuàng)新中心（籌），與產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)合作搭建中試工藝放大技術(shù)平臺(tái)，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)成果走向大規(guī)模制造；在平谷區(qū)支持建設(shè)了農(nóng)業(yè)食品合成生物創(chuàng)新中心，成立北京生物制造食品風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與合規(guī)保障共性技術(shù)平臺(tái)等，保障服務(wù)創(chuàng)新產(chǎn)品研發(fā)和上市應(yīng)用。
此外，北京正在加快探索京津冀合成生物制造協(xié)同發(fā)展新模式，未來將圍繞前沿技術(shù)研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、技術(shù)平臺(tái)建設(shè)、企業(yè)梯度培育等方面發(fā)力，加快推動(dòng)北京合成生物制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。
