繼“DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)”和“人類基因組測(cè)序計(jì)劃”之后，世界正醞釀著第三次生物技術(shù)革命，新的革命很可能誕生于一個(gè)新興前沿交叉學(xué)科——合成生物學(xué)。

“這一學(xué)科不僅有潛力幫助我們解決人類社會(huì)面臨的諸多挑戰(zhàn)，而且能讓我們從‘造物’這一全新的視角，來(lái)揭開基礎(chǔ)生命科學(xué)的奧秘。”中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱先進(jìn)院）研究員劉陳立說(shuō)。

12月2日，當(dāng)合成生物學(xué)研究所（籌）正式成立時(shí)，劉陳立有了一個(gè)新身份——“先進(jìn)院合成生物學(xué)研究所籌建所長(zhǎng)”。

作為先進(jìn)院的第七個(gè)研究所，合成生物學(xué)研究所已經(jīng)匯聚了合成生物學(xué)前沿力量的國(guó)際化團(tuán)隊(duì)，有望成長(zhǎng)為屹立東方、影響世界的合成生物學(xué)研究機(jī)構(gòu)。

匯聚高端人才打造三大中心

剛剛誕生的“七娃”，源自合成生物學(xué)工程研究中心。它肩負(fù)著一大使命：打破學(xué)科研究的“天花板”，探尋生命創(chuàng)造的基本原理，目標(biāo)直指“合成生命”。

“合成生命就好比把一輛車的所有零件都拼裝起來(lái)，并讓它具備運(yùn)行功能。”劉陳立說(shuō)。

承擔(dān)這一使命的是一支成立僅3年，平均年齡36歲，卻已經(jīng)在諸多前沿項(xiàng)目上領(lǐng)跑全國(guó)的團(tuán)隊(duì)。生物功能分子合成進(jìn)化、基因線路設(shè)計(jì)原理、酵母染色體合成……部分研究已經(jīng)實(shí)現(xiàn)與國(guó)際先進(jìn)水平并跑。

這要得益于頂尖國(guó)際人才的匯集。“研究所已經(jīng)吸引了來(lái)自國(guó)際合成生物學(xué)領(lǐng)域的頂級(jí)大牛，以及海內(nèi)外有志于從事合成生物學(xué)的青年科學(xué)家。”劉陳立表示，目前，該研究所已經(jīng)擁有3個(gè)由中美院士牽頭的中心和12個(gè)由海歸項(xiàng)目負(fù)責(zé)人牽頭的實(shí)驗(yàn)室。

通過(guò)凝練，研究所形成了三大中心——定量合成生物學(xué)研究中心、合成生物化學(xué)研究中心、合成基因組學(xué)研究中心。

定量合成生物學(xué)研究中心由劉陳立為主任，將利用數(shù)理建模方法與先進(jìn)工程技術(shù)對(duì)合成生命體系進(jìn)行定量設(shè)計(jì)合成與分析，以提高對(duì)合成生物的理性設(shè)計(jì)與可預(yù)測(cè)能力，揭示生命的本質(zhì)。合成生物化學(xué)研究中心由美國(guó)工程院院士杰·基斯林（Jay D. Keasling）出任主任，旨在改造工業(yè)微生物體。合成基因組學(xué)研究中心由美國(guó)科學(xué)院院士杰夫•布卡（Jef Boeke）擔(dān)任名譽(yù)主任兼科技委員會(huì)主席，將推動(dòng)“國(guó)際基因組編寫計(jì)劃”在中國(guó)的落地。

“預(yù)測(cè)未來(lái)，不如創(chuàng)造未來(lái)，我們希望年輕的團(tuán)隊(duì)能夠發(fā)揮‘敢為天下先’的精神，在科學(xué)的征途上不斷前行。”先進(jìn)院院長(zhǎng)樊建平說(shuō)。

牽頭中國(guó)人類基因組編寫計(jì)劃

2016年6月2日，國(guó)際科學(xué)家宣布將籌資1億美元啟動(dòng)“人類基因組編寫計(jì)劃”，目標(biāo)包括在10年內(nèi)合成一條完整的人類基因組，把合成大型基因組的成本降低為現(xiàn)在的千分之一。

如果說(shuō)1990年至2003年開展的“人類基因組計(jì)劃”聚焦基因測(cè)序，讓科學(xué)家能夠“閱讀”基因組，那么“人類基因組編寫計(jì)劃”則是聚焦基因構(gòu)建，讓科學(xué)家能夠“編寫”基因組。

“今天，雖然基因組測(cè)序技術(shù)仍在以極快的速度發(fā)展，但構(gòu)建基因的能力仍基本局限于少量短的片段，限制了對(duì)生命的了解。”布卡說(shuō)。

目前，我國(guó)科研人員在作為“人類基因組編寫計(jì)劃”的基礎(chǔ)性計(jì)劃——Sc2.0計(jì)劃中表現(xiàn)突出，世界已合成的6條釀酒酵母人工染色體中，中國(guó)科研人員完成了其中四條。

12月2日，在合成生物學(xué)研究所成立的同時(shí)，“國(guó)際基因組編寫計(jì)劃·中國(guó)”項(xiàng)目正式啟動(dòng)。“這意味著我國(guó)正在從合成生物學(xué)國(guó)際合作研究的跟隨者逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲗?dǎo)者，在合成生物學(xué)領(lǐng)域承擔(dān)越來(lái)越重要的國(guó)際角色。”劉陳立說(shuō)。

先進(jìn)院合成生物學(xué)研究所籌建副所長(zhǎng)、合成基因組學(xué)研究中心主任戴俊彪表示，計(jì)劃啟動(dòng)之后，科研人員將會(huì)正式啟動(dòng)Sc3.0項(xiàng)目，對(duì)釀酒酵母基因組進(jìn)行深度設(shè)計(jì)重編，在解析基因組功能的同時(shí)，全面提升釀酒酵母的工業(yè)適應(yīng)性。

“全基因組設(shè)計(jì)需要非常嚴(yán)苛的條件，我非常期待先進(jìn)院合成生物學(xué)研究所的新老成員將為此做出的貢獻(xiàn)。”布卡說(shuō)。

打造生命工程的加速器

生物學(xué)研究常被戲稱為“勞動(dòng)密集型工作”，因?yàn)椴粩嘀貜?fù)的實(shí)驗(yàn)、海量的分析數(shù)據(jù)非常浪費(fèi)人力和時(shí)間是生物學(xué)研究中“不必要的必需”。同樣，“合成生命體”也需要大量循環(huán)研發(fā)。

提高效率是全世界生命科學(xué)家的期望。“合成生物大設(shè)施是工程化試錯(cuò)性實(shí)驗(yàn)必需的核心平臺(tái)。”劉陳立說(shuō)。

數(shù)據(jù)顯示，杜邦公司花了15年時(shí)間人工研發(fā)1,3-丙二醇，每年需要575人；而阿米瑞斯公司利用全自動(dòng)化研究精油分子時(shí)，只用了1.5年的研發(fā)時(shí)長(zhǎng)，每年利用了10個(gè)人的研發(fā)工作量。

十?dāng)?shù)倍的效率提升，讓全球生命科學(xué)家看到了光明的前景。目前，多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家已著手布局合成生命體設(shè)施。在我國(guó)，探索預(yù)研合成生物學(xué)研究設(shè)施建設(shè)，被列入《國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長(zhǎng)期規(guī)劃（2012—2030年）》的總體部署。

如今，深圳即將建設(shè)世界一流的合成生物重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，并建設(shè)合成生物學(xué)國(guó)際創(chuàng)新研究院，促進(jìn)合成生物顛覆性技術(shù)的創(chuàng)新與工程化應(yīng)用，服務(wù)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。先進(jìn)院合成生物學(xué)研究所也將從中起到關(guān)鍵性作用。

“它不僅會(huì)降低生物產(chǎn)業(yè)進(jìn)入門檻，吸引多學(xué)科領(lǐng)域人才，而且會(huì)催生全新的產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)高端自動(dòng)化生物儀器制造的國(guó)產(chǎn)化。”劉陳立表示，大設(shè)施建成后，將成為生物技術(shù)與信息技術(shù)有機(jī)融合、科技與產(chǎn)業(yè)有機(jī)融合的具有國(guó)際水準(zhǔn)和引領(lǐng)作用的生命科學(xué)研發(fā)中心、生物產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心，將為我國(guó)建成世界科技創(chuàng)新強(qiáng)國(guó)做出突出貢獻(xiàn)。