第三次生物科学革命是如何影响人类生活的?

发布日期:2022-09-28 08:55:03浏览次数:384

合成生物学发展


“人类将会发明新的控制单元,并将这些发明植入现有的基因中。”波兰遗传学家瓦乔·斯吉巴尔斯基在上世纪 70 年代提出的“合成生物学”愿景,不仅已迈入现实, 还正在步入公众视野。

合成生物学作为21世纪新兴的前沿交叉学科,受到各国政府、 学术界、产业界的高度关注。早在2010年6月,中国科学院与中国工程院、英国皇家学会与英国工程院、美国科学院与美国工程院在伦敦达成共识,共同推动全球合成生物学的发展。

2010 年,国家重点基础研究发展计划 (“973 计划”) 首个合成生物学项目启动,至2015年连续支持了10个项目,为我国合成生物学的发展奠定了重要基础。2018年,国家重点研发计划“合成生物学”专项正式发布,围绕医药健康、环境与能源、农业与食品、工程材料等重点方向,2018-2021年立项支持了114个研究项目。

合成生物学应用


合成生物学被誉为继DNA 双螺旋结构发现和基因组测序后的“第三次生物科学革命”,在医药健康、农业、食品和制造业方面均展现了广阔的应用前景。


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医药健康行业

合成生物学技术应用于医药健康产业主要有两种思路:一种是对微生物进行设计和改造,使微生物可以生产某种药物分子,或其本身作为活性药物,实现治疗疾病的功能;另外一种是基于合成生物学的工程化思维和设计理念,对哺乳动物细胞进行改造,使其具备相应的功能,如用于器官移植、细胞治疗和疫苗生产等。

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农业领域

美国的Pivot Bio公司利用合成生物学技术,开启微生物中固氮基因的表达,从而减少农业氮肥的使用。2020 年,Pivot Bio开发的用于玉米种植的生物氮肥 PROVEN 被Nature子刊评选为6种正在改变世界的合成生物学产品之一。

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食品应用

美国的Beyond Meat和Impossible Foods两家公司生产的人造肉均以植物为蛋白来源,此外添加了通过合成生物学技术改造的酵母生产的血红素,从而使人造肉的口感近似动物肉。目前,上述两家企业均有人造肉产品面世,为肯德基、汉堡王、星巴克等品牌进行供应。


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制造业

科学家认为合成生物学可以利用生物碳源代替不可再生的化石碳源,开创真正可再生、可持续、对环境友好的物质生产模式。而合成生物学技术可应用的制造范围涵盖了材料、能源和其他消费品所需的功能分子等各个方面。“国内合成生物学第一股”凯赛生物开发的长链二元酸和生物基尼龙等产品,均为非常基础的工业原料,已应用到纺织、医药、电子电器、汽车、建筑材料、日用消费品等领域。

合成生物学的发展应用,不但为人类造物提供了新的方式选择,还正在快速成为碳中和背景下绿色制造的重要思路。据世界自然基金会预估,到2030年工业生物技术每年将可降低10亿至25亿吨二氧化碳排放。



麦肯锡全球研究院在2020年5月发布的一份对外报告中提到:全球经济活动中60%的物质产品可由生物技术进行生产,包括 1/3 来自天然生物的材料和2/3非生物来源的材料;合成生物学技术在未来的 10~20 年中,每年将为全球带来 2~4 万亿美元的直接经济效益。

在政策扶持和创新驱动下,合成生物学的产业化和投融资近年来呈现高速增长的态势。据统计,2018年全球合成生物学领域公司融资规模近40 亿美元,2019 年为31亿美元。2020年,该数值达到了78亿美元,年增长1.5倍,并有74家合成生物学公司完成上市。在创业者和投资人看来,合成生物制造兼具绿色环保与降本增效优势,具有广阔的发展空间。

合成生物学产业生态覆盖面庞大,不同技术和产业落地方向多元,可大致分为上、中、下游。其中,上游注重DNA合成等基础工具的研究,中游是对生物系统和生物体进行设计、开发的技术平台,下游是涉及人类生活不同方面的应用开发和产品落地。




图源期刊《集成技术》


前不久某权威平台发布了报告《全球最值得关注的50家合成生物学企业》,其中的中国企业共有九家。从科研到产业,合成生物学这一领域正在受到前所未有的关注。

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不同粒径细胞对应测试倍率关系参考