浦东高质量孵化器聚焦“合成生物学”展开“头脑风暴”

9月19日，作为具有影响力的科创融合与跨界交流平台，位于浦东的上海首批高质量孵化器——中科创星再次聚集了一批科学家，聚焦最前沿领域展开“头脑风暴”。在第六期“好望角科学沙龙”上，关注的主题是被誉为“第三次生物技术革命”的合成生物学。

“1立方米生物反应器≈5亩土地”？

合成生物学将重塑农业种植格局

“利用合成生物学的途径，用1立方米大小的生物反应器生产的淀粉量，就能与5亩土地种植出来的玉米相当。”中国科学院天津工业生物技术研究所创始所长马延和是当天沙龙的主讲嘉宾。他表示，人工合成淀粉的突破使不依赖土地、淡水等农业资源的淀粉车间制造成为可能，将在未来重塑生物制造与农业生产的格局。

合成生物学的概念起源于1911年，法国物理化学家斯特凡·勒迪克受合成有机化学启发，首创“合成生物学”一词。这是一个涉及生物学、基因组学、工程学和信息学的交叉学科，通过工程化原理，有目的地设计生物系统甚至创造新生命。因其实现了从“认识生命”到“设计生命”的跨越，合成生物学又被誉为“第三次生物技术革命”。

其中，人工合成淀粉是合成生物学领域的里程碑式进展。在自然条件下，植物利用低密度太阳能和空气低浓度二氧化碳，通过光合作用产生淀粉，整个过程不仅周期长达数个月，并且能量的转化效率极低，只有1%左右。

2021年9月，国际权威期刊《科学》在线发表了马延和团队的研究成果——采用一种类似“搭积木”的方式，从头设计、构建了11步反应的非自然固碳与淀粉合成途径，在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。

这是国际上第一次不需要依赖植物光合作用，而是采用人工手段，将自然的代谢过程重新拆解、组装，以二氧化碳、水和氢能为原料，在实验室生产出了淀粉，让科幻小说中的“空气变馒头”从幻想变为现实。

“淀粉合成是一个能量输入过程，生化反应步骤多而代谢复杂，很多生理调控的问题和机制都没有搞清楚。”马延和表示，团队从6568种生化反应中筛选出最优路径，通过定向改造酶分子、创建非自然人工酶，解决了热力学匹配、代谢流平衡等世界级难题，最终成功合成了淀粉。

颠覆性技术正加速从实验室走向未来生活

本期活动上，马延和在主题演讲《空气变馒头：从实验室走向未来生活》中分享了这一技术的最新进展。他表示，团队将淀粉人工合成的途径优化、整合到3.0的版本。与玉米合成淀粉相比，人工合成淀粉的能量转换效率提升了3.5倍，淀粉的合成速度提升了8.5倍，把此前2-3个月的自然淀粉合成时间缩短到数天。“这意味着，未来淀粉生产可脱离农业种植，实现工业化的车间制造，让人类有了太空生存的能力。”

“人工智能技术的发展，大大推动了合成生物学‘理性设计’的进程。”马延和在分享中还强调了ai技术对于合成生物学的重要性，并表示随着技术的不断发展，合成生物学目前已拓展至蔗糖、己糖、生物可降解材料等多碳复杂分子的合成，为食品、能源、医药行业提供全新解决方案。

合成生物学相关领域专家学者、科技企业创始人、知名投资机构负责人等100余人共同参与了本期沙龙活动。在圆桌讨论环节，马延和所长与合成生物学技术领域的专家和科创企业代表，就合成生物学的技术进展和商业化前景等进行深入讨论。

作者：浦东观察