繼“DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)”和“人類基因組測序計劃”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，來揭開基礎(chǔ)生命科學(xué)的奧秘。”中科院深圳先進技術(shù)研究院（以下簡稱先進院）研究員劉陳立說。

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

作為先進院的第七個研究所，合成生物學(xué)研究所已經(jīng)匯聚了合成生物學(xué)前沿力量的國際化團隊，有望成長為屹立東方、影響世界的合成生物學(xué)研究機構(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，并讓它具備運行功能。”劉陳立說。

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)在諸多前沿項目上領(lǐng)跑全國的團隊。生物功能分子合成進化、基因線路設(shè)計原理、酵母染色體合成……部分研究已經(jīng)實現(xiàn)與國際先進水平并跑。

這要得益于頂尖國際人才的匯集。“研究所已經(jīng)吸引了來自國際合成生物學(xué)領(lǐng)域的頂級大牛，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個由中美院士牽頭的中心和12個由海歸項目負(fù)責(zé)人牽頭的實驗室。

通過凝練，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)理建模方法與先進工程技術(shù)對合成生命體系進行定量設(shè)計合成與分析，以提高對合成生物的理性設(shè)計與可預(yù)測能力，揭示生命的本質(zhì)。合成生物化學(xué)研究中心由美國工程院院士杰·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)研究中心由美國科學(xué)院院士杰夫•布卡（Jef Boeke）擔(dān)任名譽主任兼科技委員會主席，將推動“國際基因組編寫計劃”在中國的落地。

“預(yù)測未來，不如創(chuàng)造未來，我們希望年輕的團隊能夠發(fā)揮‘敢為天下先’的精神，在科學(xué)的征途上不斷前行。”先進院院長樊建平說。

牽頭中國人類基因組編寫計劃

2016年6月2日，國際科學(xué)家宣布將籌資1億美元啟動“人類基因組編寫計劃”，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1990年至2003年開展的“人類基因組計劃”聚焦基因測序，讓科學(xué)家能夠“閱讀”基因組，那么“人類基因組編寫計劃”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，限制了對生命的了解。”布卡說。

目前，我國科研人員在作為“人類基因組編寫計劃”的基礎(chǔ)性計劃——Sc2.0計劃中表現(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，“國際基因組編寫計劃·中國”項目正式啟動。“這意味著我國正在從合成生物學(xué)國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)越來越重要的國際角色。”劉陳立說。

先進院合成生物學(xué)研究所籌建副所長、合成基因組學(xué)研究中心主任戴俊彪表示，計劃啟動之后，科研人員將會正式啟動Sc3.0項目，對釀酒酵母基因組進行深度設(shè)計重編，在解析基因組功能的同時，全面提升釀酒酵母的工業(yè)適應(yīng)性。

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

打造生命工程的加速器

生物學(xué)研究常被戲稱為“勞動密集型工作”，因為不斷重復(fù)的實驗、海量的分析數(shù)據(jù)非常浪費人力和時間是生物學(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)施是工程化試錯性實驗必需的核心平臺。”劉陳立說。

數(shù)據(jù)顯示，杜邦公司花了15年時間人工研發(fā)1,3-丙二醇，每年需要575人；而阿米瑞斯公司利用全自動化研究精油分子時，只用了1.5年的研發(fā)時長，每年利用了10個人的研發(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，多個發(fā)達(dá)國家已著手布局合成生命體設(shè)施。在我國，探索預(yù)研合成生物學(xué)研究設(shè)施建設(shè)，被列入《國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長期規(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)國際創(chuàng)新研究院，促進合成生物顛覆性技術(shù)的創(chuàng)新與工程化應(yīng)用，服務(wù)于我國經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。先進院合成生物學(xué)研究所也將從中起到關(guān)鍵性作用。

“它不僅會降低生物產(chǎn)業(yè)進入門檻，吸引多學(xué)科領(lǐng)域人才，而且會催生全新的產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)高端自動化生物儀器制造的國產(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)有機融合、科技與產(chǎn)業(yè)有機融合的具有國際水準(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，將為我國建成世界科技創(chuàng)新強國做出突出貢獻。