2000 年前，人類就已經掌握了生物技術——發酵。
盡管先民們并不了解生物本身，也不了解微觀世界，但那時人們就知道自然界中有一個現象，把糧食儲存一段時間后，會發酵出酒精、奶酪和紅酒等副產品。
所以站在時間維度上，人類一直把生物當作一種技術。
而今天，合成生物的出現，引發了一場關于生命科學的思維重構——從傳統生命科學“自上而下”的“格物致知”，邁向合成生物學“自下而上”的“造物致知”。
1月30日，科大硅谷大講堂第三十期在市政務中心小會堂舉行，華東理工大學生物反應器工程全國重點實驗室主任葉邦策，帶我們重新解讀了這次思維重構。
既見樹木，又見森林
與其說，這是一次講座，不如說這是一堂課。
偌大的講臺上，葉邦策依然保持著大學課堂授課的習慣——打開一張PPT，上面沒有成堆的文字，只有一張清晰的思維導圖。思維導圖的標題是“生物學發展的認識論/方法論”，加粗的兩個詞是格物致知和造物致用。
“科學新成就和思維方式的變化帶來了科學方法的重大變革，科學方法的創新也加速了科學技術的新突破。”拿著話筒，葉邦策從座位上站起來，從科學泰斗錢學森提出的系統論方法說起，“把理論和實踐統一起來，達到從整體上研究和解決問題的目的。它既可以指導科學技術研究，又隨著科學技術進步而不斷豐富和發展……”
葉邦策的語速很快，但在分享知識點時會刻意地停頓。
“對生物學的深刻理解，或許會遲到、但絕不會缺席。”在葉邦策看來，合成生物學是一門整合酶工程、基因合成、基因測序、基因編輯等多種生物技術工具的系統工程。“這個誕生于21世紀初的名詞，是生物學、工程學、化學和信息技術等相互交叉融合的新興領域。相較于之前，合成生物學需要以整體的思想對生物系統進行研究，系統的研究方法能夠讓我們在研究過程中‘既見樹木，又見森林’。”
或許是為了佐證觀點，或許是為了讓臺下的聽課者更好地理解，葉邦策以人類基因組序列研究舉例——
對人類基因組的研究，已經有50多年的歷史。最有名的研究項目，是1990年啟動的“人類基因組計劃”。2003年4月14日，多國實驗室耗費10多年的時間和30億美元的資金，完成了人類基因組計劃的測序工作，首次繪制出了人類基因組的圖譜。但是，當時人類基因組計劃得出的序列中，仍然留下了大約8%的空白，其中包含了很多高度重復的DNA序列，加起來有一條染色體那么長。2022年，《科學》雜志一連上線了6篇論文，第一次公布了人類基因組的完整序列，重新彌補了空白。
“相較于20年前測序過程投入的人力物力，最新成果的獲取成本降低了很多，這就離不開系統生物學的發展。”在他看來，合成生物學的崛起，本質上是一場生命科學的思維重構——從傳統生命科學“自上而下”的“格物致知”，邁向合成生物學“自下而上”的“造物致知”。
“工程化造物”的科創引擎
去年11月，葉邦策課題組獲得了新突破：解脂耶氏酵母創6-甲基水楊酸合成紀錄。
生物學領域的專有名詞生僻難懂，但卻透露出一些與我們生活緊密相關的信息：生物醫藥市場又將迎來利好。
“聚酮化合物作為自然界最復雜的生物活性分子家族，其結構多樣性賦予其抗菌、抗腫瘤、免疫調節等20余種藥理活性。”葉邦策將聚酮化合物比作天然藥庫的“黃金鑰匙”，“6-甲基水楊酸作為聚酮家族的最小成員，卻擁有‘小身材大能量’的獨特價值，對炭疽菌、葡萄座腔菌等植物病原體抑制率達90%以上。”
深耕領域數十年，葉邦策始終堅信，“造物致用”是合成生物學從實驗室走向產業化的核心動力。他憑借深厚的科研積累與豐富的產業經驗，見證了合成生物學從實驗室里的“小眾探索”，逐步成長為賦能醫藥、化工、農業、環保等多領域的“硬核力量”——從可降解材料的定向合成，到生物制藥的效率革新，再到綠色能源的技術突破……
他說，合成生物學正以“工程化造物”的能力，為產業升級提供全新路徑——
在醫療健康領域，合成生物學可以應用于藥物的研究、開發和生產。通過基因編輯和合成生物技術，可以制造更安全、更有效的藥物，滿足人們對高質量醫療服務的需求；
在能源與環境保護領域，合成生物專業可以應用于生物能源的研究與開發。通過合成生物技術，可以制造出更環保、更可持續的生物能源，為保護地球環境，實現可持續發展做出貢獻；
在食品工業領域，合成生物學可以用于改良食品的品質和口感，生產出更加健康、營養的食品；例如，通過改造酵母，使其能夠合成更多的維生素和風味物質，提升面包、啤酒等食品的品質；
在農業領域，合成生物專業可以應用于作物改良、植物病蟲害控制和生物農藥創制等。此外，合成生物學還可以應用于日化美妝領域，例如通過合成生物技術生產天然香精、高級化妝品等……
雖然有人將合成生物視為“上帝之手”，“萬物一切皆可合成”。
但葉邦策依然認為，合成生物學面臨的主要挑戰是缺乏理性設計能力，缺乏可預測性，不過大數據時代和工程化研究體系帶來了新機遇。“通過‘黑箱+白箱’或者‘黑箱白箱化’進行‘定量合成生物學’的研究，最后形成認識生命、改造生命、設計生命、合成生命的工程應用。”
在探索中掌握“藍圖的法則”
從“讀懂生命” 到 “創造生命” ，合成生物被視為“第三次生物革命”。
“在前進道路上，仍然面臨著許多難點和堵點，生物系統的復雜性遠遠超出了我們的想象。”葉邦策認為，生物體內的基因、蛋白質和代謝途徑相互交織，形成了一個龐大而復雜的網絡。“我們對這個網絡的理解還非常有限，很難準確預測生物系統在受到改造后的行為和變化。這就好比我們在一個黑暗的迷宮中摸索，每走一步都可能面臨未知的風險。”
對于葉邦策來說，這次來肥分享，只是他多年科研教學活動中最尋常不過的一堂課。寒風料峭中，趕到現場聆聽的受眾不僅有高校學子，還有不少專業人員。
“套用一句網絡流行語，‘合成生物的風也飄到了這里’。”一位到場聆聽的投資從業人員表示，從科大硅谷微信公眾號上獲悉此次講座后，第一時間掃碼報了名。“這兩年，合肥發展勢頭盛，來肥投資已經成為一種風尚，而生物制造也是投資的熱門領域。通過這場學習，也讓我更好地了解這一領域發展的‘前世今生’，也更看好這里的產業潛力。”
“合成生物學不是實驗室里的孤芳自賞，產業落地才是檢驗價值的唯一標準。”事實上，合肥已將生物制造列為城市重點發展產業，政策傾斜為科研轉化鋪路。同時聚集了一批龍頭企業，華恒生物、凱賽生物等企業已形成示范引領，構建起從技術研發到規模生產的產業鏈條。據不完全統計，合肥市生物制造產業鏈已集聚企業數十家，產業規模達百億級。
展望未來，葉邦策充滿信心。“生命科學的進步從來不是一蹴而就的，從‘格物致知’到‘造物致知’的思維轉變，本身就是一場漫長的探索。”他表示，隨著大數據、AI、基因編輯等技術的持續迭代，合成生物學的理性設計能力將不斷提升，生物系統的可預測性會逐步增強。
“我們今天對合成生物學的理解，或許就像先民對發酵的認知——知道它有用，卻未必完全洞悉其原理。但正是這種‘有用’驅動著我們不斷探索，最終揭開生命的奧秘。”葉邦策在講座結尾說道，從2000年前的發酵技術到如今的合成生物，人類利用生物的本質從未改變，但思維方式的革新讓我們擁有了改造生命、創造未來的無限可能。
轉自：艾瑞網
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