微小的细胞可以听从人类“指挥”行使各种功能，合成生物学赋予了它这样的“魔力”。
顾名思义，合成生物学即从头到尾去人工合成一个生物，这些被“组装”而成的生物具备各种功能，人类即是他们的“造物主“。需求决定功能，功能包罗万象。
相比于传统学科，合成生物学更加“机动”的设定让它可以在各个领域施展拳脚，括再生能源、环境保护甚至是治病救人等领域，合成生物学的相关研究和企业已经展开了布局。广阔的市场前景也得到数据佐证，根据 BBC Research 发表的《合成生物学全球市场报告》显示，2019 年全球合成生物学市场价值达 53 亿美元。预计到 2024 年，与2019 年相比，合成生物学市场规模的年复合增长率（CAGR）将增长 28.8%，达到 1265 亿人民币。
图丨利用合成生物学完成规模化生产各大产业图谱（来源：CB Insights合成生物学报告）
不难看出，合成生物学的产业应用热潮正当时。越来越多的公司会思考如何用生物合成的方式重塑传统生产，或开启一个生物合成新纪元。当然，资本市场更不会错过这块 “大蛋糕”。根据 CB Insights 统计数据显示，从 2015 年 - 2020 年 8 月，全球合成生物公司融资交易规模逐年递增，值得注意的是，2020 年交易规模递增速度已达到 5 年内最高纪录。由迈克尔·崔（Michael Chui）在麦肯锡（McKinsey）领导的一项针对当今正在开发的约 400 种生物创新应用的影响的研究显示，在未来 10 到 20 年内，仅这 400 项生物学应用就可能对全球产生每年高达 4 万亿美元的直接影响。资本流向哪里，前景即在此处。
基础科研作为技术开发的发源地之一，给合成生物学的应用带来了巨大的变革，变革成就了资本热情的不断攀升。此次新冠疫情迅猛来袭，合成生物学科学家以及他们创办的公司已经开始用手中的技术为新冠肺炎的诊断、治疗和疫苗研发贡献力量。
2020 年 8 月 3 日，来自 4 大洲 6 个国家的 11 位著名合成生物学科学家齐聚一堂，以论坛的形式抒发见解。他们以现在为起点，围绕合成生物学的发展展开对话，共同讨论合成生物学的发展趋势、当前挑战，以及相关的生物安全等问题。
他们认为，合成生物学正在底层技术兴起和人工智能、大数据的应用中焕发新的生命力，而造物、格物的目标同样需要安全规定辅助完成，爆发式发展的过程中，需要从不同角度观察合成生物学的每一个技术突破，审视并积极应对暗涌于水下的安全、伦理问题。
这场由众多科学家们的参与论坛，正在用思想碰撞的形式为外界打开正式认识合成生物学的大门。“21 世纪是系统生物科学与工程 —— 也就是生物系统分析学与人工生物系统的时代，将带来未来的科技与产业革命。” 诚如业内对合成生物学高度的认可和评价，科学家们高屋建瓴的观点也让本次论坛拥有了历史性意义。他们分别是：
乔治·丘奇（George Church）
职位：美国哈佛大学医学院遗传学教授，哈佛大学和麻省理工学院健康科学与技术教授
吉姆·柯林斯（Jim J. Collins）
职位：美国麻省理工学院医学工程与科学教授、生物工程教授
保罗·弗里蒙特（Paul Freemont）
职位：英国帝国学院传染病系结构生物学教授、Tierra Biosciences 公司科学委员会成员
职位：美国加州大学伯克利分校化学工程和生物工程教授职位：日本神户大学科学技术与创新学院教授、化学科学与工程系教授职位：韩国高等科学技术研究院化学与生物分子工程系院长、教授克里斯蒂娜·斯莫尔克（Christina Smolke）职位：美国斯坦福大学生物工程和化学工程教授、美国安西娅（Antheia）公司首席执行官克劳迪娅·维克斯(Claudia Vickers)
职位：澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）合成生物学未来科学平台主任职位：中国科学院上海生命科学院植物生理与生态研究所研究员职位：中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所所长、教授中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所（以下简称“深圳先进院合成所”）所长、教授刘陈立担任本次对话的主持人。刘陈立在美国哈佛大学细胞与分子生物学系完成博士后研究，学成归国，正式加入深圳先进院从事定量合成生物学的相关研究，并在 2017 年组建深圳先进院合成所，经过了不到 3 年的发展，深圳先进院合成所已经成为中国三大合成生物学研究所之一。
以下为 DeepTech 独家授权发布的论坛精彩内容：中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所所长、教授刘陈立：今天我们邀请到了来自世界各国、非常杰出的各位专家，来讨论合成生物学相关的问题。我们的主题是合成生物学的未来，以及合成生物学引领的下一次创新革命将如何改变我们的世界。这是目前的热点话题。工程和生物学的融合正在开启新的研究和发现，有望推动疾病治疗、食物供给、能源动力、延长寿命等各领域的进步。在这样广泛的背景下，我提出几个议题供大家讨论。中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所所长、教授刘陈立：首先，目前我们最先想到的就是，在预防和应对新冠疫情和其他新发传染病方面，合成生物学可以发挥怎样的作用？大家可以先谈一谈你们在新冠诊断方面的工作。美国哈佛大学医学院遗传学教授乔治·丘奇（George Church）：我的研究组研发了一些诊断方法，包括一种可以在 15 分钟内完成的家庭测试。我们还在利用 DNA 条形码技术改进测序流程，从而可以在一轮测序中同时测试数十万个样本，以及病原体的多个序列元件。美国麻省理工学院医学工程与科学教授、生物工程教授吉姆·柯林斯（Jim Collins）：我们利用 CRISPR 和无细胞合成生物学技术做了几项工作。我们合作创立了 Sherlock Biosciences 公司，该公司的一款基于 CRISPR 的 COVID-19 诊断试剂盒已经由 FDA 批准上市。我们还在与 BINX 合作开发基于 CRISPR 的 COVID-19 临床检测试剂盒，有望在今年通过审批。在我麻省理工学院的实验室里，我们正在研发两种居家诊断技术。一种是快速而廉价的唾液测试，可以在一小时内提供结果。第二种是与可穿戴合成生物学相结合，生产嵌入无细胞诊断组件的口罩，或者是可以插入到普通口罩中的插入件，来进行诊断。这项技术正处于的原型展示阶段。英国帝国学院传染病系结构生物学教授保罗·弗里蒙特（Paul Freemont）：在英国，疫情初期病毒诊断的需求量非常大。当时世界各地的试剂都严重短缺，因此我们迅速对已有的合成生物学技术平台进行了改造，使其成为不依赖于试剂的诊断平台。我们也提高了平台的测试能力，能够在 12 小时内执行一千次测试。这些平台非常小，只占用约 2 米的实验台空间，可以放置在很小的实验室里。现在，伦敦的一家大医院正在使用五个这种平台，每天进行 4000 多次检测。这是英国 Pillar 1 测试的一部分。澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）合成生物学未来科学平台主任克劳迪娅·维克斯（Claudia Vickers）：我现在在澳大利亚联邦科学和工业研究组织（CSIRO，澳大利亚的国家科学研究机构）全职工作。CSIRO 的工作覆盖了新冠疫情的方方面面。我们利用我们的合成生物设施（biofoundry）为国家提供诊断支持，进行了大量的筛查工作（幸运的是结果比较乐观）。我们还将诊断和治疗相结合，开发了 “感知 - 反应” 系统，将诊断和治疗之间的时间降至最低，为患者提供更多的治疗机会。 中国科学院上海生命科学院植物生理与生态研究所研究员赵国屏：我的实验室正在努力提高核酸诊断的准确性和灵敏度，也就是去解决 rRT-PCR 检测结果的 "灰色区域"，改善假阳性和假阴性问题。我们有两种主要的方法。首先，我们正与华大基因的芯片技术部门合作开发基于 CRISPR 的快速诊断方法，目前正在临床试验评估中。其次，我们正在开发一种名为 “PCR 扩增核酸特异性增强剂（Specific Enhancer for PCR-amplified Nucleic Acids，SENA）” 的新试剂，它可以将检测所需的核酸量从每个 PCR 反应三点几 个副本降低到每个反应一点几个副本。中国科学院生物物理研究所研究员张先恩：我们与同事共同开发了 N 蛋白检测试剂盒。在中国无症状感染已经成为新的关注点。我们正在想办法更好地识别出这些患者。中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所所长、教授刘陈立：谢谢。合成生物学如何帮助开发 COVID-19 疗法？美国哈佛大学医学院遗传学教授乔治·丘奇（George Church）：由人类干细胞分化产生的肺细胞形成的类器官可用于对新疗法的测试，我们正进行相关研究。美国麻省理工学院医学工程与科学教授、生物工程教授吉姆·柯林斯（Jim Collins）：在我的实验室里，我们正在开发可以靶向病毒基因组不同区域，从而抑制病毒复制的短 RNA 分子。我们还在开发一个无细胞封装的诊断系统，可以在治疗过程中检测病毒。美国加州大学伯克利分校化学工程和生物工程教授杰伊·凯斯林（Jay Keasling）：我们正在寻找潜在的小分子药物，其中之一可以终止病毒的复制。韩国高等科学技术研究院化学与生物分子工程系院长、教授李相烨（Sang Yup Lee）：我们制作了一个全合成的人类单链抗体库，其中含有大部分多样化的互补决定区（CDRs）。我们正利用几种不同的潜在抗原进行筛选，其中不仅包括 CDRs 或 Spike 蛋白，也包括其它位点。我们也在筛选小分子药物。我们实验室的主要方向是代谢工程，此前建立了几种用于酶设计和分子对接模拟的高级算法。我们使用这些工具模拟了约 6200 个不同的小分子与 SARS-CoV-2 主要蛋白的结合，包括病毒的主要蛋白酶以及 RNA 依赖的 RNA 聚合酶等。这 6200 个小分子都是已经经过临床试验的临床药物或潜在药物，其安全性已经得到证实。有趣的是，我们在其中发现了 52 个有潜力的分子。我们正在进行进一步的测试，希望能找到比现有药物更有效的新冠药物。 中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所所长、教授刘陈立：谢谢。疫苗方面呢？美国麻省理工学院医学工程与科学教授、生物工程教授吉姆·柯林斯（Jim Collins）：你们可能知道，Moderna 公司的疫苗已经处于 III 期临床阶段，这种疫苗所使用的合成 mRNA 的关键技术，是由我们实验室与 Derrick Rossi 和 George Daley 在 10 年前共同开发的。在我们实验室里，我们还有更慢一些的工作，在设计一种 BCG 疫苗（卡介苗）。卡介苗是一种用于预防结核病的减毒疫苗，已经有 100 年的使用历史。我们尝试在其表面表达 SARS-CoV-2 抗原，将其改造为 COVID-19 疫苗，现在正处于动物试验阶段。卡介苗有几个优点：它易于规模化生产、价格低廉且不需要冷藏。因此非常适合在发展中国家使用。中国科学院上海生命科学院植物生理与生态研究所研究员赵国屏：我的实验室也在研究基于卡介苗的新冠疫苗。当然，这是基于我们之前对结核分枝杆菌的研究，以及对新冠临床反应与自身免疫力的理解。日本神户大学科学技术与创新学院教授、化学科学与工程系教授近藤昭彦（Akihiko Kondo）：新冠肺炎是一种全球性疾病，因此向所有国家提供疫苗非常重要。我们正在努力开发口服疫苗，这种疫苗易于使用，适用于发展中国家。英国帝国学院传染病系结构生物学教授保罗·弗里蒙特（Paul Freemont）：我们的合成生物设施正在与 Robin Shattock 合作，他是英国自我复制 RNA 疫苗研发工作的领导者。这种疫苗与 Moderna 公司的技术相似，但也有不同之处。它将一个小的复制子封装在脂质载体中，进入肌肉细胞后，其中的 RNA 会开始复制并产生病毒 Spike 蛋白，从而激活免疫反应。美国加州大学伯克利分校化学工程和生物工程教授杰伊·凯斯林（Jay Keasling）：我们在与一家大型制药公司合作研发疫苗的佐剂。所有的疫苗中都含有佐剂，它们可以激活免疫系统，使疫苗更好地发挥作用。我们发现了一种非常有趣的佐剂，它是一种来自植物的天然产物。我们需要从植物中获取相关的基因，并将其转移到酵母中，这样才能更快地生产出这种佐剂。合作公司对我们说，我们可能需要十亿剂这种佐剂，所以他们一直在大力推动我们的工作。日本神户大学科学技术与创新学院教授、化学科学与工程系教授近藤昭彦（Akihiko Kondo）：除了诊断、治疗和疫苗，我认为感染的预防也很重要。我们正在努力开发新的方法，通过调节人体微生物组来激活我们的免疫系统，这可能会成为提高人体抗病毒能力的方法之一。美国哈佛大学医学院遗传学教授乔治·丘奇（George Church）：自 2002 年以来，我们一直在推动生物气象图倡议（BioWeatherMap Initiative）。这是一项环境感知工程，旨在阐明微生物的地理和时间分布模式。在新冠疫情的背景下，人们才第一次认真对待这个计划。借助 BioWeatherMap 网络，我们将能够了解当地社区的微生物分布情况。我们可以更早地检测出 0 号病人以及病原体的传播，社区就可以更快地采取行动。我们希望这个系统可以在未来发挥更大的作用。中国科学院上海生命科学院植物生理与生态研究所研究员赵国屏：目前，我们已经拥有了来自全球的超过 8 万个 SARS-CoV-2 基因组序列，我们的生物医学大数据中心在尝试开发一个追踪系统，让人们能够实时分析这些基因数据。此外，通过将序列变异与相应的流行病学数据相关联，可以清楚地看到新冠病毒在世界各地和不同时期是如何变化的。合成生物学可以帮助确立一个安全有效的研究体系，来研究这些传染性病原体。例如，现在人们在使用伪病毒来测试不同类 SARS 病毒或 SARS 相关病毒的 Spike 蛋白，希望能从中获得更多信息，来寻找 SARS-CoV-2 的动物来源，也为疫苗设计提供帮助。美国斯坦福大学生物工程和化学工程教授、美国安西娅（Antheia）公司首席执行官克里斯蒂娜·斯莫尔克（Christina Smolke）：我想提到另外一个问题，也就是医药用品的供应链。在这场危机中，美国医院都经历了设备和药品的短缺。在目前的医疗供应链中，从制药厂到医院、从农场到制药厂（如果我们要用农场种植的植物来生产药物的话）都有很大的延迟。在美国，已经有很多关于如何加强供应链、提高响应速度的讨论。合成生物学也可以为我们重建药品供应系统提供新的途径，从而降低延迟，在全球公共卫生危机中迅速采取行动。澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）合成生物学未来科学平台主任克劳迪娅·维克斯（Claudia Vickers）：没错。在 CSIRO，我们也在努力建立环境生物感知系统，改善供应链，加强发酵工业以生产有用的化学品。我认为，面对这场前所未有的危机，信息和资源的共享非常关键。我们的措施仍有改进空间，但我是乐观的，因为我们已经看到了极大的进步，每个人都在朝着同一个目标努力。中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所所长、教授刘陈立：谢谢大家。合成生物学发展迅速。您认为，过去 5 年中，该领域的主要变化是什么？美国麻省理工学院医学工程与科学教授、生物工程教授吉姆·柯林斯（Jim Collins）：从无细胞合成生物学中涌现的大量创新工作，让我大为着迷。其中包括纸基诊断、快速原型设计、便携式生物分子制造，甚至是合成生物学教育工具包等各种实际应用。英国帝国学院传染病系结构生物学教授保罗·弗里蒙特（Paul Freemont）：我同意。在我们的领域中，正在发生一场小型的无细胞革命。日本神户大学科学技术与创新学院教授、化学科学与工程系教授近藤昭彦（Akihiko Kondo）：我认为过去 5 年中最大的变化是人工智能（AI）和其他数据方法的引入，这极大地促进了我们领域的发展。在未来，计算机设计能力还将继续提高。 韩国高等科学技术研究院化学与生物分子工程系院长、教授李相烨（Sang Yup Lee）：过去 5 年中最令人兴奋的可能不仅仅是单一的技术，而是所有这些强大的合成生物学技术和策略正在逐渐整合在一起，以提高我们设计细胞代谢和调控途径的能力，并最终实现所需的细胞功能，或提高生物产品的生产能力。美国斯坦福大学生物工程和化学工程教授、美国安西娅（Antheia）公司首席执行官克里斯蒂娜·斯莫尔克（Christina Smolke）：在过去的 5 年里，人们越来越认识到合成生物学的重要性。各国政府和许多初创公司都投入巨资，将这些技术应用于不同的行业。这种趋势在美国尤其明显。在未来，我们将会看到这些投入在商业化领域不断获得成功。我们将看到许多实际应用，包括那些在更复杂系统中的应用，将为我们提供疾病疗法和微生物组相关的应用。中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所所长、教授刘陈立：目前合成生物学领域的最大挑战是什么？英国帝国学院传染病系结构生物学教授保罗·弗里蒙特（Paul Freemont）：在合成生物学领域刚刚建立时，它的一个伟大的目标是实现 “可预测的设计”，让我们能够在基因水平上设计任何生物系统，从而稳健、可预测地完成特定任务。这一目标至今还没有实现。因此，这一领域面临的最大挑战之一，仍然是将 “设计 - 测试” 周期与机器学习等数据方法相结合，建立起可预测的生物设计方法。日本神户大学科学技术与创新学院教授、化学科学与工程系教授近藤昭彦（Akihiko Kondo）：另外一个挑战是，我们仍然不太了解复杂的生命系统，不太了解基因的功能以及基因之间的相互作用。我认为开发一些工具来更快速地理解高等生物、微生物组等复杂生命系统，是非常重要的。韩国高等科学技术研究院化学与生物分子工程系院长、教授李相烨（Sang Yup Lee）：没错。对我来说，如何将基因到 mRNA、mRNA 到蛋白质、蛋白质到其功能、功能到代谢通路，以及所有这些与调控和信号通路联系起来，是一个很大的挑战。如果我们能够使用大数据和深度学习工具来破译这些关系，就可以更好地进行代谢工程、合成生物学设计以及任何所需产品的合成，包括用于新冠肺炎治疗的小分子和生物药物。澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）合成生物学未来科学平台主任克劳迪娅·维克斯（Claudia Vickers）：我同意现在的主要挑战是设计和了解生命系统。要让我们设计出来的生物途径正常工作，我们经常需要与进化的力量相对抗。我希望计算方法、DNA 存储等各种技术可以帮助我们更好地了解和设计生命系统。中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所所长、教授刘陈立：在未来 5 到 10 年中，您认为会有哪些新进展？合成生物学的下一个突破会是什么？美国哈佛大学医学院遗传学教授乔治·丘奇（George Church）：我认为类器官、逆转衰老技术和体内 DNA 数据存储技术将是未来的主要方向。更好的类器官将有助于疾病疗法的研发，现在我们已经有新的 3D 生物打印方法来更好地构建类器官。体内 DNA 数据存储是另一个重要的正在发展的领域。我们已经能够将 1TB 的数据存储在约 30 纳克的 DNA 中，30 纳克只是一只小鼠体重的 10 亿分之一。我们将可以在细胞中存储其自身的发育谱系信息，以及任何能够被转录的其他信息。美国麻省理工学院医学工程与科学教授、生物工程教授吉姆·柯林斯（Jim Collins）：我认为未来 5 年会有两个令人兴奋的进展。其一，是计算方法的重新引入或者说重新强调。计算方法曾经大大推动了合成生物学的早期发展。而现在我们认识到，我们对于设计原则的理解还没有达到我们应该达到的程度，所以很多人正在转向大数据和 AI 方法，来揭示相关设计原则。其二，我认为我们将看到合成生物学被更多地用于拓展我们对分子生物学的理解。我们可以利用合成生物学来探索和理解天然的生物系统。韩国高等科学技术研究院化学与生物分子工程系院长、教授李相烨（Sang Yup Lee）：我希望我们最终可以在计算机系统的辅助下，构建出流畅、完整的设计流程，并将其应用于许多令人兴奋的主题。我相信这一目标终将实现。美国斯坦福大学生物工程和化学工程教授、美国安西娅（Antheia）公司首席执行官克里斯蒂娜·斯莫尔克（Christina Smolke）：我们都知道人工智能和数据相关的技术非常重要、潜力巨大。而这其中的挑战之一是如何获得高质量、大容量的数据集，让这些工具更有效地推进设计。中国科学院上海生命科学院植物生理与生态研究所研究员赵国屏：没错。而且除了数据集，我们还需要对应于不同应用场景的各种知识图，以支持机器学习和其他 AI 方法。美国加州大学伯克利分校化学工程和生物工程教授杰伊·凯斯林（Jay Keasling）：在应用方面，我认为在将来，合成生物学应该致力于应对地球文明的重大挑战，包括老龄化和农业问题等。每个人都会变老，合成生物学可以帮助我们延长寿命，并提高老年人的生活质量。在这方面，我们可以从免疫系统的调节入手，帮助老年人对抗年龄相关的自身免疫性疾病。此外，合成生物学可用于设计微生物组，这将是调节身体环境、治疗疾病的一种可行方法。另一个巨大的机会是粮食和农业领域。我们需要以有利于环境的方式向所有人提供食物。很多有趣的初创公司都在涉足这一领域，它们将获得巨大的进步。澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）合成生物学未来科学平台主任克劳迪娅·维克斯（Claudia Vickers）：地球的另一个巨大挑战是环境和生态，对此，合成生物学也可以有所贡献。例如，我们最近鉴定出了在珊瑚与相关微生物组之间相互作用过程中的一些关键基因，对这些基因进行设计，将可以提高珊瑚对白化的抵抗力。我们可以使用合成生物学技术帮助这些物种来应对气候变化。中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所所长、教授刘陈立：我请这一部分的最后一位发言者张先恩老师来总结一下这部分的讨论。中国科学院生物物理研究所研究员张先恩：过去 5 年的主要变化和即将出现的突破可以从三个方面来概括。首先，造物致知。这是合成生物学的基本理念，我们正在探索新的方法来更好地了解进化过程、生命系统的多样性，以及疾病机制。第二，造物致用，我们利用合成生物学开展许多应用，从医药、精细化学品、能源、农业和食品到环境和生态系统的保护。而且，合成生物学正与其他学科相融合，使生物材料、生物传感、生物电池、DNA 存储和许多其他有趣的概念成为可能。此外，研究者也开始改造更复杂的生命系统，比如高等生物和微生物组。最后，合成生物学技术正在快速发展，包括基因的测序、合成和编辑技术，计算方法、3D 打印等。关于当前的挑战，我同意大家的观点，可预测的设计是主要的挑战。在更好的理解和设计复杂生命系统之前，还有一些需要克服的困难。最后，我想做一个简短的总结：合成生物学开启了生命科学的新时代，它正在彻底改变当前的生物技术。中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所所长、教授刘陈立：公众对于合成生物学存在一些误解。常见的误解有哪些？我们如何才能消除这些误解，更有效地与公众沟通？英国帝国学院传染病系结构生物学教授保罗·弗里蒙特（Paul Freemont）：这个问题已经存在很多年了。而在新冠危机中，许多人突然意识到，在合成生物设施中，科学家有能力用合成生物学技术非常轻松地制造出数以千计的不同种类的病毒。在这样的背景下，我们急需向公众提供更多积极的科普叙述，告诉大家在自然界中有成千上万的天然病毒随时都可能入侵人类社会，因此，如果我们能够在它们真正感染人类之前，在实验室中制造一些病毒并在受控的环境中测试其传染性，将是非常有益的工作，会让我们能够更好地处理将要发生的疫情。我们需要向公众展示更多成功的合成生物学案例，让人们看到这些技术有多棒，看到它们可以通过许多不同的方式来造福社会。中国科学院上海生命科学院植物生理与生态研究所研究员赵国屏：在中国，有许多针对转基因生物和基因疗法的误解。如果我们想在农业和药物领域更好地应用合成生物学技术，这些负面的声音是一个重要的障碍。澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）合成生物学未来科学平台主任克劳迪娅·维克斯（Claudia Vickers）：在 CSIRO 的未来科学平台中，我们有一个名为 "影响最大化" 的项目，专门处理合成生物学相关的社会、伦理、法律、政策和机构等问题。这个项目做了一件非常有趣的工作，我们称之为 "公众对合成生物学态度的国家基线调查"，我们采访了澳大利亚各地的 8000 人，询问他们对合成生物学的看法。我们发现大多数人对技术的了解程度很低。但好消息是，一旦我们向他们介绍了一些技术相关的信息，大多数人都有兴趣了解更多。平均而言，他们对技术的态度是正面的，而不是消极的。最重要的是信任 —— 如果公众普遍信任科学家、对科学治理有信心，我们就能更好地与他们沟通并减轻误解，扩大科学的影响力。我还想提到一点，许多媒体很关注其他行星（如火星）的地球化改造以及类似的消息。这些消息听起来确实令人兴奋，但我认为修复我们正生活其上的这个星球才是更重要的事情。我们应该利用合成生物学工具，去替换掉目前使用的各种不可持续的生产方式，为我们的子女以及他们的子孙后代建造一个更美好的星球。美国斯坦福大学生物工程和化学工程教授、美国安西娅（Antheia）公司首席执行官克里斯蒂娜·斯莫尔克（Christina Smolke）：我认为一个常见的误解是，许多人认为科学家可以很容易地设计出生命系统，而这通常不是事实。公众并不总是能够区分哪些是我们现在能够做到的事情，哪些是我们还没有实现的未来的发展方向，而这些未来的发展将会在多长时间之后才能实现。公众对于改造生命系统的稳健性也有误解，尤其是它们在非设计环境中的稳健性。在目前公开的描述中，这些细节都没有得到很好的展示。美国斯坦福大学生物工程和化学工程教授、美国安西娅（Antheia）公司首席执行官克里斯蒂娜·斯莫尔克（Christina Smolke）：关于伦理问题，我认为一个挑战是我们还没有真正的伦理道德标准，告诉我们什么是可以接受的，什么是不能接受的。在不同的国家，甚至同一国家内部，都有针对转基因、生殖系编辑等技术的不同看法。技术本身和技术产生的影响都是全球化的，因此我们需要建立全球共识。中国科学院上海生命科学院植物生理与生态研究所研究员赵国屏：没错。正如 Freemont 提到的，新冠疫情中浮现出来的生物安全问题非常严重。但是我认为这也是一个让政府部门关注这一问题的好机会，希望各国政府能够支持相关的国际合作，从而建立起合成生物学的标准化原则和监管规则。在确定规则之后，所有人都应该遵守规则，而任何违反规则的活动都应被禁止。中国科学院生物物理研究所研究员张先恩：合成生物学还很年轻，将来可能会出现意想不到的伦理问题，因此相关的伦理和法律研究应与技术研究同步进行。在中国的合成生物学研究计划中，我们特别设立了相关伦理、教育和法律问题的研究项目。日本神户大学科学技术与创新学院教授、化学科学与工程系教授近藤昭彦（Akihiko Kondo）：在日本，我们并没有太多优秀的伦理学研究者。因此，我希望国际上的研究能够编写出标准的教科书，以便我们对日本青年科学家进行伦理教育。 美国麻省理工学院医学工程与科学教授、生物工程教授吉姆·柯林斯（Jim Collins）：在向学生教授伦理标准方面，我所在的生物工程专业做得很差。我们基本上只是把伦理问题扔进课堂，让学生们讨论，但是并没有清楚地向学生们解释其中的伦理问题是什么，学生们很难依靠这些信息做出合适的决定。我认为，整个合成生物学研究群体需要在培训年轻学生、指导他们在职业生涯中做出符合伦理的决定方面做得更好。中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所所长、教授刘陈立：作为研究者，我们需要确保我们技术的安全性。那么，我们如何通过技术方法来避免潜在的问题呢？美国哈佛大学医学院遗传学教授乔治·丘奇（George Church）：我的研究组开发了重编码（recoding）技术等各种基因隔离技术，以保证我们设计的生物对环境是安全的。我们可以让设计出来的生物依赖于一种在自然界中不存在的非标准氨基酸才能存活，这样它们就很难逃脱到天然环境中去。我们还可以添加 “死亡开关” 来防止它们逃逸，不过如果这种开关可以因基因重组而失效，那么它也不是绝对安全的。另外，我们还可以改变细胞的遗传密码，通过这个相对简单的技巧，这些细胞将可以系统性地抵抗所有病毒。美国加州大学伯克利分校化学工程和生物工程教授杰伊·凯斯林（Jay Keasling）：Church 实验室做了很多有趣的工作，包括他提到的重编码遗传系统和死亡开关等等。我认为非常重要的一点是要让设计出来的生物更加稳定，让它们可以长时间地执行设计功能，并且不会在环境中发生变异。韩国高等科学技术研究院化学与生物分子工程系院长、教授李相烨（Sang Yup Lee）：2019 年，世界经济论坛和核威胁倡议组织共同提出了一项国际计划，旨在建立一个标准化的 DNA 序列筛选机制。这将是一个基于全球大数据的完全自动化的低成本系统，可以筛选出任何可能对人类或生态系统有害的可疑 DNA。由于新冠疫情，这个计划还没有全面启动，但我认为我们确实需要这样一个系统来预防合成 DNA 的滥用。系统本身并不能解决所有问题，但它可以帮助我们最大限度地降低可能出现的风险。日本神户大学科学技术与创新学院教授、化学科学与工程系教授近藤昭彦（Akihiko Kondo）：这是我第一次听说这个计划，但我认为我们确实需要这样一个软件或算法，可以自动评估基因回路的安全性。此外，我们还需要制定一个完善的病毒遏制策略，以防止大规模的环境问题。
国际项目与国际组织对合成生物学的推进
中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所所长、教授刘陈立：在合成生物学领域，有一些国际组织和项目，如 GP-write、GBA、EBRC 等。这些计划是如何组织起来的？它们对合成生物学的发展有怎样的推动作用？在项目运行过程中存在哪些困难？英国帝国学院传染病系结构生物学教授保罗·弗里蒙特（Paul Freemont）：国际合成生物设施联盟（Global Biofoundry Alliance，GBA）于 2019 年 5 月在日本启动。目前已经有 29 个机构签署了 GBA 的合作备忘录。GBA 的宗旨是推广 “合成生物设施” 这一概念，并促进合成生物设施的发展，同时促进合成生物学方法与技术的开源共享、推广高通量设计的整体理念。GBA 设立了几个工作组。其中一些相当活跃，如软件工作组和重大挑战工作组。目前，我们的主要工作之一是制定新冠肺炎的测试标准，并推动疫苗和抗原的快速生产。现在，南美洲和非洲这两个大洲还没有合成生物设施。GBA 正在与这些地区密切合作，努力解决这一问题，从而在某种程度上推动技术平等。对于 GBA 这样以学术群体为基础的国际组织来说，有两个重大挑战。首先，很难为这些组织找到国际资助。其次，要保持前进势头，让人们持续参与其中并花精力投入国际联合计划并不容易。美国哈佛大学医学院遗传学教授乔治·丘奇（George Church）：GP-write（基因组编写计划）是一个开始于 2016 年的国际研究计划。目前，全世界约有一百家实验室对外宣称自己是 GP-write 计划的成员，其中相当一部分是商业性的实验室。在 GP-write 之前，我们也组织过其他旨在合成酵母和大肠杆菌基因组、在各个方面重新合成和改造基因组的国际项目。GP-write 致力于开发新技术和制定开放标准，让工业方法以及基因组的读取、编写和测试更加高效。从这个意义上说，许多 GP-write 实验室与合成生物设施有相同之处。我们也在寻找更安全的基因组编写方法，使用多种技术来防止遗传修饰物质与环境的交换。美国加州大学伯克利分校化学工程和生物工程教授杰伊·凯斯林（Jay Keasling）：我来谈一谈 EBRC，工程生物学研究联盟（Engineering Biology Research Consortium）。EBRC 起源于由美国国家科学基金会资助了 10 年的合成生物学工程研究中心。现在，EBRC 在世界各地设有分支机构，由联邦政府、私人公司、私人非营利性基金会等许多组织提供资金。我们在美国注册了一个非盈利机构来管理 EBRC，并聘请 Douglas Friedman 担任执行主席。他不仅维护了 EBRC 的正常运转，也在资金来源多样化等方面做出了杰出的工作。管理一个国际组织有很多挑战，但 Douglas 真的非常出色。我为 EBRC 的发展感到非常自豪。 EBRC 的主要工作与 GP-write 和 GBA 略有不同。英国、中国等一些国家设立了国家层面的合成生物学研究路线图，但美国没有这样的路线图。因此，EBRC 的一个主要目标就是制定技术路线图。我们已经制定了一个偏重于技术层面的合成生物学路线图，目前正在研究制定材料、微生物组、生物安全等重点领域的具体路线图。澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）合成生物学未来科学平台主任克劳迪娅·维克斯（Claudia Vickers）：这些国际组织都需要强有力的领导、坚实的战略、政策支持以及长期资助。在澳大利亚，CSIRO 为合成生物学未来科学平台提供长期资助。我们希望这个平台能够有助于合成生物学技术的发展，同时服务于社会。中国科学院生物物理研究所研究员张先恩：中国的许多研究机构都加入了这些国际计划。我很欣赏它们为技术共享而做出的努力，这将促进整个领域的发展。日本神户大学科学技术与创新学院教授、化学科学与工程系教授近藤昭彦（Akihiko Kondo）：这些组织在数据共享和合成生物设施的标准化方面发挥了重要作用。这对每个国家的每一个合成生物设施都很有帮助。我还希望这些组织能够为解决全球重大挑战做出更多贡献，这些挑战是整个地球的挑战，但不是一个国家的挑战。美国麻省理工学院医学工程与科学教授、生物工程教授吉姆·柯林斯（Jim Collins）：过去 15 年来，这些组织为我们的领域做出了非常重要的贡献。我认为我们的学科已经到达了一个关键时期，应该考虑建立一个合成生物学学术群体的国际联盟，这个组织应该可以像一柄大伞一样，保护日益壮大的合成生物学研究群体，并帮助协调各方力量，促进整个领域的未来发展。最后，我认为今天的讨论是一场非常有力、令人兴奋的讨论。我们的领域还很年轻，正在迅速成熟。我们处于一个特殊的时间点，将能够影响我们的世界将在未来几十年中面临的许多重要问题：健康、粮食、水、能源、环境等等。我认为毫无疑问，合成生物学将成为本世纪的标志性技术之一。我们还有很多工作要做。中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所所长、教授刘陈立：谢谢大家。最后，我要感谢所有专家的真知灼见。这是一次非常成功的论坛，我相信也是一次历史性的论坛。本文是《国家科学评论》（National Science Review, NSR）Forum 文章 “A Forum on Synthetic Biology: Meet the Great Challenges with New Technology” 的中文版本，https://www.forbes.com/sites/johncumbers/2020/05/30/mckinsey-report-4-trillion-gold-rush-bioeconomy-synthetic-biology/?sh=712cf424cfda