合成生物学，艾里卡特带你预见人类的未来

近年来，中国愈发重视生物产业，与半导体芯片产业一样可以称为是 21 世纪创新最为活跃、影响最为深远的新兴产业之一，同是我国战略性新兴产业的主攻方向。希望通过开展生物系统的工程化应用研究，利用生物系统解决目前材料制备面临的科学难题，革新医疗手段，并对仿生学研究产生启发。

美国对于合成生物学的研发更是极为重视。自2012年起，美国国防高级研究计划局（DARPA）成为美国资助合成生物学研发的首要机构，近10年来DARPA年度经费在28亿-32亿美元之间。

什么是合成生物学?

合成生物学（SynBio）是生物学和工程学的一个跨学科分支，为了提高工业或生物研究的应用而对生物系统和生物有机体进行的人工设计和工程设计。其目标是为设计和建造新的人工生物途径、生物装置，或重新设计现有的自然生物系统。

合成生物学中的一个重要应用是生物医药领域，从高中生物教室到研究实验室中培养细胞，几十年来人们一直在勇于尝试。细胞大规模培养技术，是指在人工条件下(设定pH值、温度、溶氧等)，在细胞生物反应器中高密度大量培养细胞用于生产生物制品的技术。

目前已可大规模培养多种原代细胞及人二倍体细胞、CHO细胞、BHK-21、Vero细胞等，并已成功生产了包括Covid-19疫苗、狂犬疫苗、口蹄疫疫苗、甲型肝炎疫苗等各类疫苗和靶向基因治疗的产品。从实验室到商业规模的细胞大规模培养技术变得越来越成熟。在医学领域，合成生物学为使用设计好的生物部件作为新型治疗和诊断工具的起点提供了前景。

除了制药，合成生物学还被用于生物燃料、化妆品和碳捕获等应用。在这些应用中都有一个相似的环节，就是细胞都是在工程环境中生长的，在实验条件下被设计用来产生特定的蛋白质、抗体或酶。例如实验室培养肉，细胞甚至可以按照要求比例的脂肪和肌肉生长。

 一旦细胞生长到更佳密度，将它们转移到下游进行处理。将多余的细胞成分过滤掉，只留下期望的产品，然后可以根据特定的应用目标进一步设计。

简而言之: 

鉴于细胞在生命界中所具有的独特属性：植物细胞有强大的碳捕获功能，从大气中吸收二氧化碳并将其转化为氧气和糖;动物细胞产生能够改变DNA片段的病毒和酶的抗体;微生物细胞可以将甲烷转化为塑料。

合成生物学就是建立这些细胞的天然属性的基础上，创造改良的生物学功能，更有效地解决生物、环境等目前以及未来的面临的各类问题的挑战。

合成生物学和基因工程是一回事吗?

合成生物学是一个更广泛的范畴，它包括了基因工程。基因工程通常是指在生物 (受体) 内部或另一个生物 (供体) 之间编辑、改变和/或转移DNA或RNA片段。而合成生物学更关注的是细胞和所有细胞产品的研究，而非专注于遗传密码。

举个栗子 : 基因工程可以用以改变细胞的DNA，从而产生一种比自然情况下多得多的蛋白质。这一过程在研究实验室中进行小规模优化，然后可以按比例放大，产生更大数量的细胞和蛋白质。为了获得所需的蛋白质，细胞被破坏，蛋白质被提纯并浓缩。然后，该蛋白质可以根据特定应用进一步加工。这些不同的下游步骤代表了不被认为是基因工程的合成生物学过程。

合成生物学为何增长如此之快? 

在过去的十年里，细胞培养的尖端工程解决方案已经迅速简化和加速了细胞培养过程，合成生物学的应用紧随其后。科学家认为，合成生物学在医学、制药、化工、能源、材料、农业等领域都有广阔的应用前景。合成生物学具有工程化背景，因此其科研成果不仅在实验室内不断获得突破，而且更在商业领域中异军突起，被认为是未来创业的新热点。

合成生物学所带来的不仅是技术的进步，而且是技术的普及。在可以预见的未来，合成生物学将如计算机与互联网技术一样，为人类带来一次影响深远的革命。

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