合成生物学：生命科学的“利器”

 

人类进入21世纪以来，一门新兴的交叉学科“合成生物学”成为国际科学前沿一大热门。

合成生物学（Synthetic Biology）是指采用工程化设计理念，按照一定的规律和已有的知识：改造已有 的天然生物系统；设计和建造新的生物元件、装置和系统，来实现构建细胞工厂等目的为人类服务。

作为科学界的新生力量，合成生物学进展迅速，并已在化工、能源、材料、农业、医药、环境和健康等领域展现出广阔的应用前景。本文将对合成生物学的优势做简要概述。

一、制造业革命，实现“替代+创新+循环”

合成生物学正在推动一场制造业革命，探索替代原料和原有生产工艺，并进一步延伸到性能更好的产品开发。

由合成生物学驱动的下一代生物制造带来新的优势：

1、替代原有制造路线（化学合成或者天然提取），提高生产效率和经济效益；

2、创造疗效更好的药品、性能优越的化学品或材料等新产品的潜力；

3、实现可持续的“循环”生产模式，使用可再生生物质原料，显著减少对化石燃料的依赖。

二、绿色环保、能耗少成本低

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以可再生资源作为原料，反应条件温和

合成生物学主要以可再生资源作为原料，包括淀粉等粮食原料、秸秆等农业废弃物以及 CO2、CH4 等 含碳气体，符合可持续发展理念，且能使得原材料成本占比降低，产业链长度以及生产周期缩短。

相较 于化学反应，合成生物学大部分反应在微生物或酶的作用下进行，反应条件更温和，减少副产物和三废 生成，实现高效、环保生产。

2、创造疗效更好的药品、性能优越的化学品或材料等新产品的潜力；

3、实现可持续的“循环”生产模式，使用可再生生物质原料，显著减少对化石燃料的依赖。

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合成生物学有助于减少能耗、降低成本

世界经济合作组织发表的报告表明合成生物制造可以降低工业过程能耗、物耗，减少废物排放与空气、 水及土壤污染，以及大幅度降低生产成本，提升产业竞争力。

研究数据表明，生物技术的应用可以降低 工业过程能耗 15-80%，原料消耗 35%-75%；减少空气污染 50%-90%，水污染 33%-80%；降低生产成 本 9%-90%。

据 OECD 预测，到 2030 年 35%的化学品及相关产品将通过生物技术制造。据世界自然基金会（WWF） 估测，到 2030 年，工业生物技术每年将降低 10 亿至 25 亿吨二氧化碳排放。

 

三、应用范围不断拓宽，市场空间广阔

随着合成生物学在理论和技术上不断取得突破，叠加其绿色环保、能耗少成本低等优势，合成生物学的 应用范围不断拓宽，对医疗健康、科研、化学品、食品和饮料、环境监控及农业等领域产生深远影响。

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医疗医学领域

1）合成生物学应用于天然药物、抗生素等的人工合成潜力已经得到证明

2）合成生物学可提升疫苗研制效率

3）此外，合成生物学在干细胞与再生医学、药物载体的靶向递送和治疗等领域均在发挥重要 作用。

 

 

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化学工业领域

1）有望助力解决化工原料及能源问题

2）在部分化学品的生产上已体现出成本优势

 

 

 

数字化赋能合成生物学发展。

未来，在人工智能和大数据等新技术的推动下，合成生物学将赋予人类更强的“改造自然，利用自然”的能力。