什么是合成生物学？合成生物学，未来制造的革命者

合成生物学，被誉为“第三次生物科技革命”的新浪潮，是一个跨学科领域，它融合了生物学、工程学、物理学、化学、计算机科学等多个学科的知识和技术。合成生物学的核心在于利用工程化设计理念，从基因层面对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成，构建基于人工基因线路的定制化细胞，实现目标化合物、药物或功能材料的大规模生产及应用。这一技术的发展顺应了全球“绿色、低碳、循环”的发展要求，被视为破解化石原料瓶颈、变革传统制造工艺的重要方向。

关键词：合成生物学、生物制造、基因编辑、生物基材料、绿色经济、跨学科创新。

合成生物学：绿色经济的新引擎

合成生物学作为绿色制造与可持续发展的新引擎，正在逐渐改变我们对传统发酵和化学合成的认知。它打破了传统发酵的局限性，通过直接定向干预细胞，提高生产效率，拓宽产品类型。在传统发酵领域，研发人员主要关注对自然生物过程的利用和改进，而合成生物学则更侧重于从寻找菌种到找基因，从被动筛选到主动创新，最终实现合成途径和产品定量可控。这意味着合成生物学不仅仅局限于对自然过程的利用，还包括了创新和设计新的生物系统和产品，大大提升了传统发酵的能力范围。

合成生物学在绿色发展方面，可以降低工业过程能耗、物耗，减少废物排放与空气、水及土壤污染。在低碳发展方面，它可以利用天然可再生原料，实现化学过程无法合成、或者合成效率很低的石油化工产品的生物过程合成，促进二氧化碳的减排和转化利用。据世界自然基金会（WWF）估测，到2030年，工业生物技术每年将可降低10亿至25亿吨的二氧化碳排放。这一数据充分展示了合成生物学在减少碳排放方面的潜力，为实现全球“碳中和”目标提供了新的思路和方法。

合成生物学：跨尺度创新的典范

合成生物学的成功商业化需要在多尺度上寻求最优解，这是一个典型的交叉学科。从实验室再到最终产品的商业化，将经历分子尺度、电路/网络尺度、细胞尺度、生物群落尺度乃至社会尺度的多重放大发展。在分子尺度上，基于AI、基因等技术量身定制并合成对应的酶蛋白；在电路/网络尺度上，设计精简高效的代谢路径，考虑酶在代谢过程中的协同工作，并尽可能减少有毒中间体和副反应；在细胞尺度上，为代谢路径寻找适合的宿主（底盘细胞），优化宿主对于环境的耐受性；在生物群落尺度上，生产规模的不断放大，细胞群在复杂的生物反应器环境中相互作用，营养物质的可用性和运输，以及反应器内部环境条件控制（如温度、湿度、氧气、pH值等）将变得举足轻重；在社会尺度上，作为一款商业化产品，经济效益、社会效益等方面是主要考量，需要兼顾产品质量、成本控制、ESG标准等问题。

这种跨尺度的创新不仅要求科研人员具备深厚的专业知识，还需要他们具备跨学科的协作能力。合成生物学的发展，正在推动科学家们在分子生物学、系统生物学、基因编辑技术等领域进行更深入的研究和探索，以实现更高效、更环保、更经济的生物制造过程。

合成生物学：生物基材料的崛起

合成生物学在生物基材料领域的应用，预示着化工制造格局的重塑。生物基材料，是利用可再生生物质为原料通过生物体作为高效细胞微工厂制造的新型材料和化学品，主要包括生物基化工原料、生物基塑料、生物基纤维、生物基橡胶等。这些材料因其原料为可再生生物质而非化石原料，能够降低生产企业对油气资源的依赖性，同时生产过程中也降低了碳排放，有利于社会的可持续发展。另外，部分生物基材料具有可降解的特性，能够降低废弃物对环境的污染。

据世界经合组织（OECD）预测，到2030年将有35%的化学品和其它工业产品来自生物制造，生物制造在生物经济中的贡献率将达到39%，超过生物农业（36%）和生物医药（25%）。这一预测不仅显示了生物基材料市场的巨大潜力，也反映了合成生物学在推动可持续经济发展中的关键作用。合成生物学的应用，使得生物基材料能够在多个行业中替代传统石油基材料，从而实现真正的碳循环，为全球环境保护和资源节约做出贡献。

总结

合成生物学作为一项革命性的技术，正在引领着未来制造的发展方向。它不仅能够推动绿色经济的发展，减少碳排放，还能够通过跨尺度创新，实现生物基材料的大规模生产和应用。随着合成生物学技术的不断进步和应用领域的不断扩大，我们有理由相信，这一领域将会成为未来科技创新的重要引擎，为全球可持续发展提供强有力的支持。