編者按：近年來，學科間的交叉會聚越來越明顯，科技創(chuàng)新成果層出不窮。中國科協(xié)與生命科學學會聯(lián)合體、清潔能源學會聯(lián)合體、信息科技學會聯(lián)合體、智能制造學會聯(lián)合體聯(lián)合，通過長期的跟蹤研究，把握世界科技前沿動態(tài)，并定期以“中國科協(xié)創(chuàng)新智庫產(chǎn)品”發(fā)布報告。本文主要介紹我國合成生物學領域未來幾年的發(fā)展需求、重點發(fā)展方向、未來發(fā)展戰(zhàn)略、對策措施以及可能取得突破的領域及方向，為科技管理人員了解國內(nèi)外生命科學的前沿技術及發(fā)展趨勢提供決策咨詢，也為研究與開發(fā)人員提供綜合參考信息。
一、我國合成生物學未來幾年的發(fā)展需求
合成生物學涉及基因工程、調(diào)節(jié)網(wǎng)絡、生物合成、機電工程、納米技術、計算機模擬等多學科的交叉、融合，關乎多種應用領域。下面主要從未來10年國民經(jīng)濟、社會發(fā)展和國防安全的戰(zhàn)略目標，分析合成生物學發(fā)展的未來需求：
圖1 我國合成生物學未來幾年重點發(fā)展需求
1. 經(jīng)濟方面：
合成生物學具有在低碳經(jīng)濟中支撐經(jīng)濟增長和創(chuàng)造就業(yè)機會的巨大潛力。應進一步提升我國合成生物學的國際地位，重點支持自主創(chuàng)新和自主發(fā)展，促進內(nèi)源性技術在技術水平、產(chǎn)品層次以及產(chǎn)業(yè)鏈分工中的地位快速提升；同時促使外源性技術本土化發(fā)展，逐漸形成多層次、多種模式融合互動的復合發(fā)展模式。
2. 軍事方面：
合成生物學可用于軍用武器、醫(yī)藥、新能源等的開發(fā)，同時也可用于改造軍用材料、開發(fā)軍用生物計算以及治理軍用環(huán)境污染等多方面。我國國際形勢嚴峻，面對世界超級大國的打壓，合成生物學能夠發(fā)揮巨大潛力，幫助我國提高軍事戰(zhàn)斗力、提高軍用藥物的治療成效并保障軍用物資充裕。
3. 能源方面：
合成生物學對新生物能源的開發(fā)具有不可估量的作用，可以解決生物燃料生產(chǎn)工藝過程中的一些關鍵問題。當今的人工合成細菌，可將糖類直接轉(zhuǎn)化成與常規(guī)燃油兼容的生物燃油，甚至可以直接從太陽獲取能量；更有使用合成基因組學方法，產(chǎn)生將自然界中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的改造菌，成為一個專門生產(chǎn)甲烷的全新生物體。隨著合成生物學的高速發(fā)展，以石油為中心的能源工業(yè)體系很可能被這樣的新能源生產(chǎn)方式完全代替。
4. 環(huán)境方面：
運用合成生物學技術對微生物進行改造，構(gòu)建能夠監(jiān)測、聚集和降解環(huán)境污染物的微生物體，可用于消除水污染、清除垃圾、處理核廢料等，也可用于水域、空氣等開放環(huán)境以及飛機、艦艇、洞庫等密閉軍事作業(yè)環(huán)境中污染物的檢測與清理。
5. 農(nóng)業(yè)方面：
合成生物學可用于研究和開發(fā)高產(chǎn)、抗病、耐旱、耐澇和環(huán)保的植物原料，以減少水肥使用，并在貧瘠之地種植出農(nóng)作物。
二、我國合成生物學的重點發(fā)展方向
圖2 我國合成生物學的重點發(fā)展方向
三、我國合成生物學未來發(fā)展戰(zhàn)略
合成生物學將帶來技術推動的新一輪經(jīng)濟增長，因此我國應努力成為該領域的國際領先者。
圖3 我國合成生物學未來發(fā)展戰(zhàn)略
四、我國合成生物學未來發(fā)展的對策措施
1. 解決技術挑戰(zhàn)
發(fā)展合成生物學在元件及應用、互操作、度量、量產(chǎn)成本控制、工具及軟件等方面面臨挑戰(zhàn)。我國應當在風險控制的同時大力發(fā)展合成生物學技術研究，迅速提高我國合成生物學技術水平，將挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)化為機遇。
2. 解決監(jiān)管問題
科學進展往往快于政策制定，同時合成生物學的界限也在不斷變化，因此應關注與合成生物學治理和監(jiān)管相關的問題，政府應當盡快推動制定合成生物學實驗安全技術導則，梳理和完善已有的法律法規(guī)。此外，提倡建立政府監(jiān)管下的合成生物學家自律機制，鼓勵成立相關的行業(yè)協(xié)會或科學家組織，訂立規(guī)則和標準進行風險評估。
3. 解決知識產(chǎn)權(quán)問題
國家要更加注重知識產(chǎn)權(quán)風險防范問題，在科研活動中要作好知識產(chǎn)權(quán)評議審查，加強自主知識產(chǎn)權(quán)的管理，保護好國家重要科學研究成果，防止技術成果的流失，并讓更多的科技成果通過轉(zhuǎn)化實施，獲得更大的價值體現(xiàn)。
4. 解決包容問題
合成生物學是交叉性學科，既產(chǎn)生于多個學科，又回饋于這些學科。持續(xù)包容對于合成生物學的持續(xù)發(fā)展十分重要。一方面，要與產(chǎn)業(yè)界、監(jiān)管和政策制定機構(gòu)交流合作，使技術推動與市場拉動相結(jié)合。另一方面，使更多的公眾參與合成生物學對話，了解其可能存在的內(nèi)在風險，討論有關的生物安全和倫理問題。
五、取得突破的可能領域及方向
圖4 合成生物學可能突破的領域和方向
1. 運用合成生物學技術，推動生物醫(yī)藥的發(fā)展。合成生物學有助于發(fā)現(xiàn)、分離獲得新的天然藥物，設計新的生物合成途徑，產(chǎn)生更多天然藥物及類似物；將合成生物學原理廣泛的應用于腫瘤治療的免疫細胞的設計，產(chǎn)生多樣化的治療策略，最大可能的做到高效、低毒、可控、通用等目標；開發(fā)快速、靈敏的診斷試劑和體外診斷系統(tǒng)，滿足早期篩查、臨床診斷、療效評價、治療預后、出生缺陷診斷的需求；促進疫苗升級換代，重點推動新型疫苗（包括治療性疫苗）的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。
2. 運用合成生物學技術，推動新生物能源的開發(fā)，解決生物原料生產(chǎn)工藝過程中的一些關鍵問題。開發(fā)人工合成細菌，如將糖類直接轉(zhuǎn)化成與常規(guī)燃油兼容的生物燃油，制造清潔燃料；或改造自然界中將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的細菌，使之僅具有代謝二氧化碳的功能，成為一個專門生產(chǎn)甲烷的全新生物體。
3. 運用合成生物學技術，構(gòu)建能夠監(jiān)測、聚集和降解環(huán)境污染物的微生物體，用來消除水污染、清除垃圾、處理核廢料等，可用于水域、空氣等開放環(huán)境以及飛機、艦艇、洞庫等密閉軍事作業(yè)環(huán)境中污染物的檢測與清理。
4. 運用合成生物學理論和技術，設計合成重量輕、強度高、結(jié)構(gòu)精細、性能特異、生產(chǎn)能耗少、成本低、速度快、環(huán)境危害小的新材料，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)領域。
5. 運用合成生物學對人造生物體設計、構(gòu)建的生物計算機和基于生物合成材料的新型量子計算機，其運算速度和存儲能力有望比現(xiàn)有計算機高出數(shù)億倍，在此基礎上研發(fā)智能計算機，可具備人腦的分析、判斷、聯(lián)想、記憶等功能，給經(jīng)濟社會發(fā)展和人類生活帶來難以估量的顛覆性影響。
（中國科協(xié)生命科學學會聯(lián)合體供稿，原文內(nèi)容有刪減。）
