人(People)類進入21世紀以(By)來(Come)，一(One)門新興的(Of)交叉學科“合成生(Born)物學”成爲(For)國(Country)際科學前沿一(One)大(Big)熱門。

合成生(Born)物學，能利用(Use)大(Big)腸杆菌生(Born)産大(Big)宗化工材料，擺脫石油原料的(Of)束縛；酵母菌生(Born)産青蒿酸和(And)稀有人(People)參皂苷，降低成本，促進新藥研發；工程菌不(No)“誤傷”正常細胞，專一(One)攻擊癌細胞；創制載有人(People)工基因組的(Of)“人(People)造細胞”，探究生(Born)命進化之路；利用(Use)DNA儲存數據信息并開發生(Born)物計算機……作(Do)爲(For)科學界的(Of)新生(Born)力量，合成生(Born)物學進展迅速，并已在(Exist)化工、能源、材料、農業、醫藥、環境和(And)健康等領域展現出(Out)廣闊的(Of)應用(Use)前景。

探究生(Born)命起源演化，解讀“密碼”改造自然

生(Born)命是(Yes)世界上(Superior)最複雜的(Of)物質存在(Exist)。人(People)類自誕生(Born)以(By)來(Come)，就在(Exist)認識生(Born)命的(Of)漫漫長途中上(Superior)下求索。從中國(Country)古代的(Of)《黃帝内經》和(And)《本草綱目》，到(Arrive)西方近代博物學家對動植物分類，人(People)類對于(At)生(Born)命現象的(Of)認識，都是(Yes)從對生(Born)命體的(Of)“宏觀”觀察、“表觀”描述而獲得的(Of)經驗型邏輯總結。另一(One)方面，對于(At)譬如尿素之類的(Of)“有機物”，化學家們(Them)也認爲(For)隻能由生(Born)物體在(Exist)一(One)種神秘的(Of)“生(Born)命力”作(Do)用(Use)下産生(Born)。

1828年，德國(Country)化學家弗裏德裏希·維勒無意在(Exist)無機實驗中合成了(Got it)尿素，揭開了(Got it)人(People)工合成有機物的(Of)“合成化學”序幕。也就是(Yes)從19世紀後期到(Arrive)20世紀前半葉，基于(At)數理化技術與方法的(Of)實驗科學催生(Born)了(Got it)認識生(Born)命共同本質的(Of)細胞生(Born)物學、生(Born)物化學、遺傳學和(And)發育生(Born)物學，而進化論的(Of)誕生(Born)，則最先将人(People)類對生(Born)命的(Of)認識，提升到(Arrive)了(Got it)理論的(Of)高度。

20世紀中葉，随着DNA雙螺旋結構的(Of)發現，分子生(Born)物學“中心法則”的(Of)确立，人(People)類開始找到(Arrive)生(Born)命現象的(Of)“密碼本”。而生(Born)命另一(One)類基本分子，具有生(Born)理活性的(Of)蛋白質牛胰島素一(One)級結構的(Of)解析，直接導緻了(Got it)我(I)國(Country)科學家于(At)60年代完成其全人(People)工合成，即世界上(Superior)首次人(People)工合成蛋白質。在(Exist)同一(One)時(Hour)代，DNA測序技術的(Of)建立，實現了(Got it)人(People)類“讀基因”的(Of)夢想；DNA重組技術的(Of)建立，實現了(Got it)人(People)類“寫基因”的(Of)夢想；再加上(Superior)在(Exist)基因定向突變與敲除基礎上(Superior)的(Of)“編基因”夢想的(Of)實現，分子生(Born)物學及基因工程技術在(Exist)上(Superior)世紀80年代，将生(Born)命科學推向了(Got it)曆史上(Superior)第一(One)次革命的(Of)頂峰。

至20世紀末，人(People)類基因組計劃帶來(Come)了(Got it)第二次革命，實現了(Got it)基因組的(Of)全面“解讀”，人(People)類對生(Born)物體組成和(And)生(Born)命規律的(Of)認識達到(Arrive)了(Got it)前所未有的(Of)系統生(Born)物學的(Of)深度和(And)定量生(Born)物學的(Of)精度。2010年，科學家合成約100萬堿基的(Of)支原體基因組，并将其轉入另一(One)種支原體細胞中，獲得可正常生(Born)長和(And)分裂的(Of)“人(People)造生(Born)命”，實現了(Got it)“撰寫”基因組的(Of)夢想。此後，科學家又合成了(Got it)非天然核苷酸、非天然氨基酸；并采用(Use)“編輯”基因組的(Of)手段，創建出(Out)人(People)造單染色體真核細胞……人(People)類掌握了(Got it)“讀”“寫”“編”基因組的(Of)技術手段，獲得了(Got it)設計與合成生(Born)命的(Of)能力，200年前盛行于(At)世的(Of)“生(Born)命力”學說被完全克服。

什麽是(Yes)合成生(Born)物學？

有什麽樣的(Of)認識（科學）和(And)手段（技術）就有什麽樣的(Of)工程。古代，通過“嘗百草”檢驗植物藥性，建立中藥體系，通過人(People)工馴化與優選，獲取種質資源，建立畜牧業與農業體系，都是(Yes)利用(Use)當時(Hour)的(Of)生(Born)物認識和(And)生(Born)物技術，造福人(People)類的(Of)典型工程實踐。今天，怎樣利用(Use)對生(Born)命“密碼本”的(Of)認識及對其“編寫”的(Of)手段，改造自然、造福人(People)類？21世紀初，科學家們(Them)将工程科學的(Of)研究理念融入現代生(Born)命科學，發展出(Out)以(By)合成生(Born)物學爲(For)代表的(Of)“會聚”研究，促成了(Got it)生(Born)命科學的(Of)第三次革命。

合成生(Born)物學采用(Use)工程學“自下而上(Superior)”的(Of)理念，打破“自然”和(And)“非自然”的(Of)界限，從系統表征自然界具有催化調控等功能的(Of)生(Born)物大(Big)分子，使其成爲(For)标準化“元件”，到(Arrive)創建“模塊”“線路”等全新生(Born)物部件與細胞“底盤”，構建有各類用(Use)途的(Of)人(People)造生(Born)命系統。這(This)一(One)與系統生(Born)物學“自上(Superior)而下”解析理念相反的(Of)合成理念，也将我(I)們(Them)習以(By)爲(For)常的(Of)“格物緻知”研究策略，推進到(Arrive)了(Got it)“建物緻知”的(Of)新高度。這(This)樣，進化過程中“猜測”的(Of)祖先物種或分子體系，将可能被合成，并加以(By)定向的(Of)诠釋；而被各種“假說”“對照”分割研究的(Of)複雜生(Born)命現象，也可以(By)實現整合的(Of)定量研究，解析因果機制。

合成生(Born)物學采用(Use)工程學“設計—合成—測試”的(Of)研究方法，在(Exist)學習抽象自然生(Born)命系統的(Of)基礎上(Superior)，或對自然生(Born)物系統“重編程”，或重頭設計具有全新特征的(Of)人(People)工生(Born)命體系；然後，利用(Use)“基因編輯”“基因合成”等“工具包”，用(Use)實驗方法來(Come)構建，再對構建出(Out)來(Come)的(Of)生(Born)物系統進行測試，如此反複循環優化，形成了(Got it)一(One)個(Indivual)正向可靠的(Of)科學閉環。建築在(Exist)如此大(Big)規模通用(Use)化工程平台基礎上(Superior)的(Of)合成生(Born)物學，往往也被稱爲(For)“工程生(Born)物學”，它“建物緻用(Use)”的(Of)工程能力，有望爲(For)解決健康、能源、糧食、環境等重大(Big)問題做出(Out)新貢獻。

破解資源環境難題，賦能人(People)類健康事業

當前，資源短缺、環境污染、氣候變化等全球問題日益凸顯，合成生(Born)物技術爲(For)實現“社會—生(Born)态/環境—經濟”和(And)諧發展提供了(Got it)全新解決方案。

石油是(Yes)儲量有限的(Of)不(No)可再生(Born)資源，遲早有枯竭的(Of)一(One)天，這(This)是(Yes)人(People)類生(Born)存發展必須嚴肅應對的(Of)問題。在(Exist)理論上(Superior)，絕大(Big)多數石油化學品都能夠借助合成生(Born)物學技術制得，人(People)們(Them)還可通過生(Born)物合成技術制造出(Out)傳統化工無法合成的(Of)新燃料。同時(Hour)，合成生(Born)物學在(Exist)人(People)工固碳、利用(Use)二氧化碳方面取得進展。例如，科學家通過對細菌進行人(People)工優化和(And)改造，建造可将大(Big)氣中的(Of)二氧化碳轉化爲(For)酮、醇、酸等化學品的(Of)“細胞工廠”，實現二氧化碳等資源的(Of)高效綜合利用(Use)，推動建立低能耗、低污染、低排放的(Of)低碳經濟模式。

随着全球人(People)口不(No)斷增長，環境污染加劇和(And)氣候持續變化，人(People)類食品和(And)環境安全面臨巨大(Big)挑戰。利用(Use)合成生(Born)物學技術，創建适用(Use)于(At)食品工業的(Of)細胞工廠，将可再生(Born)原料轉化爲(For)重要(Want)食品組分，這(This)被認爲(For)是(Yes)解決食品問題的(Of)可行途徑。在(Exist)農業生(Born)産中，氮肥使用(Use)量大(Big)幅增加帶來(Come)的(Of)土壤闆結和(And)酸化等問題，可以(By)通過合成生(Born)物學“微生(Born)物固氮”技術得以(By)有效解決。在(Exist)環境治理領域，可以(By)通過“定制”微生(Born)物去除難降解的(Of)有機污染物，也可開發出(Out)人(People)工合成的(Of)微生(Born)物傳感器，幫助人(People)類監測環境，設計構建能夠識别和(And)富集土壤或水中的(Of)镉、汞、砷等重金屬污染物的(Of)微生(Born)物，以(By)大(Big)幅提升污染治理效能。

合成生(Born)物學在(Exist)生(Born)命健康領域也有廣闊的(Of)用(Use)途，不(No)僅能夠用(Use)于(At)天然産物等醫藥産品的(Of)生(Born)産，還能在(Exist)疾病研究模型的(Of)開發、生(Born)物标志物監測、幹細胞與再生(Born)醫學等領域發揮巨大(Big)作(Do)用(Use)。例如，人(People)體腸道内具有豐富多樣的(Of)微生(Born)物，合成生(Born)物學爲(For)腸道微生(Born)物的(Of)改造提供了(Got it)工具：一(One)方面，可以(By)設計改造對人(People)體有益的(Of)細菌，讓它們(Them)生(Born)産人(People)體自身不(No)能合成的(Of)維生(Born)素等營養物質；另一(One)方面，可以(By)設計出(Out)感知腸道環境變化的(Of)“智能微生(Born)物”，對人(People)體内的(Of)健康狀态進行檢測和(And)診斷。

在(Exist)抗擊新冠肺炎疫情中，合成生(Born)物學技術發揮了(Got it)重要(Want)作(Do)用(Use)，展現了(Got it)強大(Big)應用(Use)潛力。例如，利用(Use)DNA條形碼技術改進測序流程、利用(Use)基因編輯技術開發核酸診斷試劑，提高診斷的(Of)準确性和(And)靈敏度。利用(Use)合成生(Born)物學技術還可以(By)尋找潛在(Exist)的(Of)小分子藥物、開發疫苗，以(By)及通過調節人(People)體微生(Born)物組來(Come)激活人(People)體免疫系統，提高人(People)體抗病毒能力。

改造生(Born)命的(Of)目的(Of)，是(Yes)爲(For)了(Got it)更好地認識和(And)調控生(Born)命現象，使之爲(For)改善生(Born)态、提高人(People)類生(Born)命生(Born)活質量服務。未來(Come)，在(Exist)人(People)工智能和(And)大(Big)數據等新技術推動下，合成生(Born)物學将賦予人(People)類更強的(Of)“改造自然，利用(Use)自然”的(Of)能力，當然，同時(Hour)也會帶來(Come)社會倫理與安全等新問題。我(I)們(Them)必須在(Exist)思想上(Superior)明确該做什麽，怎麽做才是(Yes)正确的(Of)；在(Exist)做好風險評估并開發防控風險的(Of)技術和(And)策略的(Of)同時(Hour)，及時(Hour)制定相應的(Of)研究規範、倫理指導原則和(And)相應的(Of)法律、法規，并輔以(By)可落實的(Of)管理規章與監管辦法。

人(People)類數百萬年對于(At)生(Born)命的(Of)探索，經過最近兩個(Indivual)多世紀的(Of)三次革命，才達到(Arrive)了(Got it)“合成生(Born)物學”的(Of)高度，形成了(Got it)工程化的(Of)能力。然而，這(This)隻是(Yes)“萬裏長征第一(One)步”。用(Use)好合成生(Born)物學的(Of)“利器”，爲(For)實現建設社會主義現代化強國(Country)的(Of)理想作(Do)出(Out)貢獻，還需要(Want)投入大(Big)量心血，提升知識、創新技術、踏實轉化、服務需求。中國(Country)科學工作(Do)者對此責無旁貸。（來(Come)源：人(People)民網）