合成生物学（工程生物学）是生命科学领域的一门新兴交叉科学，被认为是理解生命的新钥匙（造物致知）和未来的颠覆性技术之一（造物致用）。
为进一步加强国内外合成生物学领域的交流合作，提高我国在合成生物学领域的国际地位，推动国内生物产业蓬勃发展， 2023 年 4 月 27-28 日第四届工程生物创新大会、第二届中国合成生物学学术年会、首届亚洲合成生物创新大会将在深圳光明科学城启幕，为推动中国与亚洲合成生物科学与产业发展提供交流平台，为加速深圳合成生物产业发展集聚贡献力量。
以下是深圳理工大学（筹）合成生物学院院长，中国科学院生物物理所研究员张先恩在第四届工程生物创新大会上的精彩致辞，由云现场整理。
前面几位先生讲的非常好，应先生讲合成生物学与生物制造，在各个领域方面的应用。我这里就合成生物学进一步强化一下高质量发展有哪些驱动因素。
我们简单的把生命科学发展的近代发展归纳为3个50年。
第一个50年从孟德尔到摩尔根是遗传学，由于双螺旋的DNA发展，进入到了分子遗传学；相伴虽是分子生物学和基因生物技术的产生。再过50年人类完成了基因组的计划，基因组计划的完成使得我们生命科学，生物学的现象和疾病肌理都归纳到某一个分子，但是发现生物科学没有那么简单，而是一个非常复杂的网络关系，所以我们又从还原论进到系统论。这是我们基因组学基础之上产生了各种各样的组学，蛋白组学、代谢组学等等。
合成生物学毕竟是在基因组的基础之上和系统生物学的基础之上，我们才可能来设计生命和合成生命，合成生物学的概念刚才赵先生已经跟大家做的非常好的回顾，实际上在一百多年前提出的概念，中间中国科学家人工合成了蛋白质，也合称了RNA。
但是真正合成生物学重新热起来是本世纪初，2000年是合成生物学的元年，杨先生和赵先生都提到把工程学的概念引入到基因组里面来。电子工程一系列冶炼，包括开关、转换器、振荡器等等，反馈、控制、电路，引入到基因组里面成功实现它的功能，这个功能是生物学的功能，是我们在基因调控、基因的操纵方面的功能实现。
这一张图我试图说明合成生物学发展的主要脉络，有三个方面的因素，用不颜色来显示。
1、中间这条蓝颜色就是在基因水平和蛋白质水平上相关的一些技术的进展对合成生物学的推动作用，首先是基因电路，工程学的概念引入进来，后来又出新先了基因编辑，到后来有了蛋白质的人工设计，从头设计，又有了定量合成生物学，还有蛋白质的结构与预测等等，这是一条脉络。这是推动合成生物学从技术和理论方面的发展。也包括基因遗传密码的拓展，从4个剪辑拓展到更多的剪辑。
2、橙色的是合成基因组，早期人类实现了把无机物变成有机物，然后把有机物变成生物化分子，这是生物化分子合成，化学家把生物化分子的合成用做基因组的合成，醉枣用于病毒，美国学者在2002年合成了灰质炎病毒，也可以叫生物化分子生命之间的形式。然后又合成了细菌基因组，又合成了酵母基因组，它的基因组又更复杂了，一路走过来我们能够合成简单生物的基因组，再现它的功能，人工合成基因组可以在细胞里面跟天然基因组一样的工作。
3、绿色的部分，合成的基因组也好、基因设计也好目的是什么？我们合成的细胞设计的细胞做成一个细胞工程，生产你所需要的各类的物质，醉枣的一个非常典型的案例就是用微生物合成珍贵的植物的天然的化合物。这里面最典型的是青蒿素，抗疟疾的药物，我们国家获得了诺贝尔奖，它的生产受到地域限制，受到虫害灾害的限制，所以生产周期也是有限的，是否能够在发酵罐里面用微生物随时随地不停的生产呢？这个就需要把生产青蒿素的几十个基因放到微生物里面去，让它实现功能。
4、麻醉品的产品也是有20多个基因，放到微生物里面去，在发酵里面生产，后来又一系列的例子，也是20多个基因来自于不同生物体的，生产出了微生物B12，我们也成功实现了大麻素的合成。前年也实现了用二氧化碳合成的淀粉，这是了不起的突破。去年在深圳合成生物所和中科大的化学家合作，也是通过把二氧化碳通过化学催化变成乙酸，通过酵母把酵母基因改造以后，把它变成你所需要的葡萄糖，这是高附加值产品。
当然除此以外还有其他的，我们叫“3+x”也有很多方面的技术驱动。
在这样一个背景下，大家对合成生物学有了新的认识，不是一百年前的观点，也是半个世纪以前的观点，有了新的认识，各方面的情况比较成熟了，赵老师刚才讲到“三国六院”会以后各方面非常重视，因为三个国家的影响力都非常大，系列的合成生物学的会使各国相继发布合成生物学的战略报告和路线图，直到现在还在陆续发布。
我们国家973、863先后启动研究，同时十三五、十四五部署了合成生物学重点专项，我们要和几个国家共同发展。
现在实现高质量的发展我们简单的归纳一下大概有三各方面的驱动因素：
1、技术和理论方面的，我刚才展示的蓝色那一条，就基因编辑而言是单基因的，而且是现在是脱靶的，要实现任何基因没有脱靶这需要大种基因进行同时编辑。
基因组的合成组装技术也需要进步，我们深圳的华大基因在这方面非常有基因，目前我们国际上的水平大概就是以合成200多个长度的基因组，错误率也比较高，有1/500，经过发展以后1个月之内要完成一万个剪辑的合成，并且是1/30000的错误率。病毒、细菌、酵母、多细胞的基因组，高等生物基因组我们要把它准确的合成，这样就可以做非常多的，这样我们做起来就轻松一点了。
底盘细胞的概念来自于汽车工业，汽车的底盘主要是一个结构、一个骨架，同时代有串通系统、行驶系统，细胞我们也希望它是理想的底盘，它的能量比如信息流、物质流是经过优化的，其他的外来基因进去以后可以很好的发挥作用，能够产生你所需要的物质，这个细胞叫底盘，科学家进行了大量的摸索探索，期望建立一系列的底盘，到目前为止底盘没有一个是真正理想的，由于生物体系过度的复杂性，我们要不断的研究从而达到这个目的。
我们真正从生物化分子到亚细胞结构，到细胞结构，到生命个体是巨复杂系统，每一个层级的提升功能的涌现，这个当中的原因，底层逻辑我们是不知道的。
所以为了解决这一问题我们需要理论和技术的发展，目前来讲工程学的理念引到生物体系里面来是有矛盾的，工程的概念是要钢性的，生物是柔性的。刚才几位老师提到黑箱、白箱，黑箱主要是大数据人工智能的方法，通过白箱理性的设计、试错，不断的循环，这样使的我们最终实现理论发展和技术进步，最终实现我们对生物体系的一个隐性的可预测的设计。
深圳率先建立了合成生物学的实验室，今年下半年差不多建成，明年完全建成，在光明区这里，即将是世界上最大的一个合成生物学的实验室，这个实验室把一个设计电脑完成以后交给生产线，最后细胞功能出来去验证。
我们把合成生物学的技术和理论发展写了一篇比较大的综述，邀请了领域的主要专家共同书写，大家是共同作者，刚刚发表。
顶层设计也是非常重要的，它是从路线图的规划设计驱动，“三国六院”之后各国相继发布路线图，美国去年还在发，今年3月份还发了一个路线图。今年发了一个关于气侯变化合成生物学可以做的贡献，时间关系我举例了。
这些路线图规划起来大家可以看到，各个国家的路线图规划起来应用部分涉及到方方面面，农业、食物、环境、能源、气侯变化、物质科学、气体科学等等，合成生物学的应用面非常广。
我们刚刚在新加坡开了一个全球投资生物学的路线图交流会，这个会上我们中国的概念受到各个方面的重视，这个会是美国人主导，我们提出了合成生物学的框架图，政策环境创新以外，我们还多了两个东西一个是“造物致知”还有“白箱理论”。经过“三国六院”以后仅仅从论文发表来看，从开会期间的高水平，到现在已经和美国差不多的水平，这是发表论文的情况。我们的高水平论文也从7%的比重占到23%，进步非常显著。
我们刚刚做了全球合成生物学研究热点，中国的研究热点和其他国家的研究热点非常的相似。
国家的重点专项，十四五有三部分：理论设计、实用技术、应用创新。
最近大家也知道美国刚刚发布了一个计划，关于生物技术和生物制造的目标，要求政府各个部门要来落实，这个计划的目标非常宏大，联邦政府的每一个部门，从能源部、农业部、等等所有的联邦部门
气侯变化解决方案，生物技术生物制造如何落实气侯变化的要求，各个部门都有责任，能源部牵头，关于农业的农业部门牵头。
还有健康的问题，细胞治疗的问题都列出了很多具体的目标，美国的科学基金会也提出了一系列的科学目标。
最后我想说一下，市场-技术-政策联合驱动。
这是纳斯达克生物技术的路线图，长周期来讲是上升的，大家看到今年3月份美国拜登签了《总统令》以后，美国的大胆目标提出来以后3月份相关股票都有上升。
新冠直接驱动了MRA疫苗的研究，MRA疫苗长期是作为抗肿瘤的疫苗，但是长期没有气色，但是新冠来了以后把这个方法用在抗新冠上面，成功了以后同时极大促进了肿瘤的MRA疫苗研究。
基因测序也是，三代测序也可以看到，合成生物学和纳米生物学、生物传感耦合起来，针对市场上对于基因测序的要求出现了一个非常先进的测序技术。
最后说一下中国企业总体上需要补基础的研究短板，我们企业的活力、创新能力，现在跟OECD水平差不多，跟美国还是有一定的差距。我们申请国际专利的能力已经接近他们的水平。
我们的基础研究企业的贡献，企业投入技术研究的经费和OECD和美国相比差距巨大，还有就是发表科学论文，我们绝不是要求企业发表科学论文，但是发达国家企业在发表论文方面也有比较突出的表现，而是说企业已经站在行业的前端，他们在基础研究、行业的前沿探索研究未来发展的道路上面是有贡献的，我们国家发展到今天，我们的企业也应该发挥这样的作用，一方面是企业竞争力的增加，二是解决中国长期以来基础研究投入比例偏低的问题，这个投入不上来中国的技术研究无法实现跟发达国家齐平。
我们去年在这里办了首届中国合成生物学大学生竞赛，网上点击率200多万，效果非常好，今年我们把这个拓展到亚洲地区，也跟国际商IGEM比赛做了交流，我们不是要取代谁，而是相互学习。也希望在座各位老师的学生积极参加。
好的今天就分享到这里，谢谢大家。
