邓子新院士：合成生物学将助力颠覆重大品种的合成工艺，打破国外垄断

12 月 23 日，由深圳市发展和改革委员会、深圳市光明区人民政府、中国生物工程学会合成生物学分会、中国科学院深圳理工大学（筹）、中国科学院深圳先进技术研究院主办，深圳合成生物学创新研究院、中国科学院深圳理工大学（筹）合成生物学院、深圳市工程生物产业创新中心、深圳市合成生物学协会、亚洲合成生物学协会联合 DeepTech 承办的 “中国合成生物学学术年会暨第三届工程生物创新大会” 在深圳光明科学城拉开帷幕。

围绕 “探索无尽前沿，开启合成生物光明未来” 的大会主题，产学研群星齐聚，探讨中国生物产业的发展现状和未来趋势，聚焦合成生物学颠覆性技术，解决合成生物学产学研一体化问题。

其中，中国科学院院士、微生物代谢国家重点实验室创始人邓子新进行了主题为《发展合成生物学颠覆性技术抢占高端健康品未来产业制高点》的演讲。

以下是邓子新的演讲实录，生辉进行了不改变原意的修改：

图丨中国科学院院士、微生物代谢国家重点实验室创始人邓子新

尊敬的各位专家、各位同行，大家下午好。

非常荣幸受邀作报告，我报告的题目是《发展合成生物学颠覆性技术抢占高端健康品未来产业制高点》，总共分三个部分。

首先，合成生物学是对生命系统从理解到设计、再到创造的跨越。随着生命科学理念提升、技术汇聚以及对基因的分离和理解如今开始呈现出数字化的发展速度，合成生物学应运而生，成为微观生物体工程化的综合性学科体系，类似于建筑的设计理念，像建一座房子，要根据明确的需求设计出蓝图，再在此基础上进行备料、施工、装修，成型以后再进行内外的延伸、功能的扩展，设计各个房子的用途和作用。

合成生物学的发展是建立在对生物合成机制、基因操作手段、快速的基因合成、化学合成以及人力、物力投入的基础上。如今，利用合成生物学可以实现多种复杂生物产品如青蒿素的微生物发酵合成，以及吗啡、紫杉醇等等这些涉及医药、环境、健康、能源等各个不同领域的复杂生物产品，都可以这样合成。

下面谈一谈合成生物学在小分子化合物领域的创新与创造。我们对人体微生物和海洋、土壤微生物等都还知之甚少，他们仍然是生态系统中十分庞大的未知系统。对他们所编码的各种小分子化合物基因簇资源的了解是一个庞大的黑洞，同时也是新药发现的希望工程，近年来全球在这方面寄予了很大的希望。比如一个放线菌基因组，可以有 20-30 个小分子化合物生物合成基因簇；一个真菌基因组可以有 30-50 个生物合成基因簇，在对他们充分研究和了解的基础上，才能进行新产物的合成生物学设计和创造。

（来源：ibook.antpedia.com）

实际上很多实验室都在建立高效率、高通量的底盘体系，助力新化合物资源和新基因簇信息挖掘，寄望同时得到各种基因簇和化合物。

对各种不同类别的抗生素资源进行集成式的系统性研究，着力去发现共性机理和合成规律，是突破合成生物学创新化合物研究瓶颈的突破口。从上世纪四十年代到七十年代，甚至到本世纪初期，仍然不断有一些新的抗生素菌种资源被发现，对这些菌种基因，结合对环境 DNA，宏基因组进行系统分析，就可以挖掘到一些新的基因，为引领新药发现和创造找到新的方向。

比如 2-DOS 类氨基糖苷类抗生素中发现的关键共性基因，可以识别不同的底物，形成多样性的代谢途径，在合成生物学层面就可以进行各种不同的排列组合，基因编辑形成不同的新产物，找到新产物的多少，取决于对同类基因簇数量和合成机理的研究深度。

比如对庆大霉素和卡那霉素进行掐头去尾操作就可以拼凑出新抗生素产生的组合，活性比原来的庆大霉素和卡那霉素都优良得多，耐药性也会降低，这是因为了解了这类微生物可以通过乙酰化、磷酸化和核苷化等修饰改变耐药性的机理。这样的思路也可以用在其它类别的新抗生素的设计上。

合成生物学助力突破杀虫抗生素 — 多杀菌素国产化的核心瓶颈。发酵周期长，产量低，易被污染是这个抗生素首先要解决的问题。可以把基因找出来，放在快速生长的菌株里，经过组学、合成生物学方法等各种不同的方法，产量可以提高数万倍，菌种的发酵时间也可以由原菌种发酵的 14 天降至 7 天，节省了大量的成本、资源和原料。这与碳中和、碳达峰的目标也是吻合的。

动植物微生物源萜类药、营养或化工品的合成微生物生产。实际上国内很多团队都在进行这方面研究，现在产量已经很高了。用合成生物学的方法进行代谢工程改造，可以生产出各种不同的产品。比如番茄红素，现在的产量越来越高，完全可以进入大规模的工业化生产，这是低成本颠覆性的生产方式。

维生素 E 的全化学合成由生物 - 化学半合成工艺取代。维生素 E 每年的需求量高达 10 万吨，应用在药品、保健品、化妆品等领域。湖北的新工厂现在采用新工艺，产量和产值都创记录，投产一年多产值就破 20 亿级，成为 2018 年湖北十大科技事件，2019 年获得湖北省科技进步一等奖，完全颠覆了传统化学合成的生产，成本低、能耗低、收率高、过程简单、产品纯度高、安全性高、投资少，还可以减少碳排放。

以上内容是关于化学生产过程被生物半合成生产取代的好处，接下来是第三部分。

理论创新如何催生生物技术的创新。对 DNA 大分子上的硫修饰及其与之偶联的新的限制系统，这几年我们团队的相关研究取得了许多新的突破。如何探索实践上的应用，最近我们开始了积极的实践。

（来源：www.vjshi.com）

首先是在发展新的分子检测手段方面，我们正积极发展基于硫修饰识别的各种病原菌检测体系，另一方面是发展 RNA 编辑系统，目前已取得阶段性的良好进展。

今天的报告只是蜻蜓点水，我觉得合成生物学可以在颠覆重大品种的合成工艺方面，发挥一定的作用，有助于打破国外的垄断，改变生产方式，带动传统企业向高端产业的转型升级换代。同时，在这个过程中，培养高端人才，研发一系列具有独立知识产权的新产品。

总而言之，今后在生物医药方面找菌种的工作，可以通过找基因来丰富药物的发现；被动筛选会变成主动创造，通过利用大数据、组学、代谢工程等各种不同的技术，在对自然菌种深入研究的基础上人工设计产生菌，改造或颠覆大健康产品的研发路径，充分体现出合成生物学格物致知，造物致用的科学和产业价值。

-End-
本次大会往期精彩内容回顾 ↓↓↓