刘陈立谈合成生物：在地球上再来一次生命的起源

 

“在地球上是否能够再来一次生命的起源？是否能够把这些没有生命的东西放在一起，涌现出生命？这没有必然答案。我们现在希望去做这样一件事情，从地球上合成出一个全新的生命，再来一次生命起源，这是合成生物学真正能够去突破的一件事情。”

5月19日，由复旦大学管理学院、上海报业集团澎湃新闻主办的“君子知道”复旦大学EMBA前沿论坛暨澎湃新闻“家园计划”联合启动仪式在深圳举行，中国科学院深圳先进技术研究院副院长、深圳理工大学（筹）学术委员会副主任、深圳合成生物学创新研究院院长刘陈立教授在题为《深圳合成生物科学与产业》的演讲中说。

刘陈立实验室致力于定量合成生物学研究，基于“定量解析、合成重构”的研究思路，聚焦复杂生物系统形成过程的基本原理，合成生物系统的理性设计原理等重要科学问题。

合成生物学兴起于21世纪，是多学科交叉的产物，通俗来说，合成生物学是对生物体进行再设计与合成。刘陈立曾在接受媒体采访时解释，“合成生物学的定义可分为狭义和广义。广义的合成生物学中，只要是非天然的、经过后天改造生产生物产物都是合成生物学的范畴，狭义的合成生物学具有更大尺度、更大规模的改造过程，包括设计、合成、测试、学习这样的闭环核心理念。比如原来表达一个指定基因去解决问题，现在则要对菌株或者宿主本身进行改造，让宿主变得更适合生产人们需要的目标产物，这里的改造尺度比原来生物工程更大。”

美国麦肯锡咨询公司数据显示，预计到2025年，合成生物学与生物制造的经济价值将达到1000亿美元。据美国合成生物学媒体SynBioBeta统计，2018-2022年中国合成生物学一级市场共完成了1039个投融资事件。

刘陈立介绍，深圳合成生物学的科研和产业很接近，发表一篇文章的同时也孵化一家公司，在产业发展的过程中，他们发现最缺的就是懂科技的经营和管理人才，“现在连续的创业者太少了。很多人创业成功之后，往往就去做投资了，没有回来再创业，这是国内的情况。所以我们特别需要再回到池子里，连续创业者的池子如果能像美国一样那么大的话，那中国的科技成果、产业转化这条路，会走得更加顺畅。”

以下是刘陈立的演讲实录：

我今天主要讲合成生物学。5月15日，深圳市商务局官网正式发布《〈关于建设国际会展之都的若干措施〉实施细则（修订）》，提出深圳将聚焦20大产业集群和8大未来产业（简称“20+8”产业），合成生物学在8个未来产业中排在第一位。上海现在也在确定生命科学的未来产业，合成生物学是重要的一部分。杭州、北京及西部的一些城市，也都把合成生物学作为重点发展的未来产业。

实际上，合成生物学发展的时间很短。美国在2000年提出了合成生物学这个概念，中国是2006年提出的。现在不论是资本、市场还是产业，对合成生物这个新的领域、新的赛道都比较关注。

有个说法是，合成生物学会带来第五次工业革命，言过其实，科学和技术的发展还没有达到这样的阶段，但这体现了一种期许、一种展望。前四次工业革命都是物理世界的革命，从上个世纪开始，有人预测生命科技会带来革命。生命科技带来革命，首先要在理解的基础上改造生命，才有机会去使用它。只要有改造或创造的概念，就是合成生物学。

美国的第一家合成生物学上市公司是2010年出现的。美国合成生物学行业媒体Synbiobeta制作了“美国合成生物产业树”，它有很多枝干，包括医疗、食品、能源、消费品等，每个枝干上有很多公司，其中很多是上市公司。很多人说合成生物是一个赛道，但它涵盖的领域很广，不太好称为“赛道”。合成生物学可以称为平台性的底层技术，它可以在多个领域应用，从而产生一系列影响。

举几个例子：

1、医药。大家很熟悉美国的莫德纳（Moderna）公司，这是一家制作新冠疫苗的公司，公司名称的意思是“修改后的RNA”。现在新冠过去了，莫德纳还在用mRNA技术制作蛋白替代药物，治疗其他的感染性疾病。

2、化工。美国生物技术公司Ginkgo Bioworks是一个例子，这家公司在波士顿，直接通过微生物来生产玫瑰精油，不需要种植玫瑰花。今年刚刚上市的美国碳转化公司Lanzatech，用一氧化碳、氢气等化工废气生产燃料乙醇和能源产品。2022年F轮融资5亿的美国农业技术公司Indigo在植物的种子上包裹微生物的一层膜，让这个种子可以耐寒、抗冻、有更高的发芽率，在土里能长得更好。

3、食品领域。美国素食肉创业公司Impossible Foods的核心技术是用植物肉，即大豆蛋白，加上微生物，生产血红素蛋白，加热血红素蛋白时，散发的味道就是肉的香味。血红素蛋白是红色的，放到植物肉上看起来血淋淋的，像肉饼，新加坡、香港已有销售。日本生物纺织品制造公司Bolt threads，是一家生产蜘蛛丝的公司，用发酵罐生产蛛丝蛋白，通过拉丝器拉成蛛丝，可以做防弹衣，现在他们跟奢侈品牌合作，做帽子、围巾、衣服。

还有一些支撑性技术的企业，也被定义在合成生物学领域，包括软件、自动化、人造皮革企业等。可以看到，合成生物学技术改造生命体带来的变化可以用于方方面面。

从2000年提出“合成生物学”的概念开始，到2023年，这一领域已经有了一些代表性的产品，比如青蒿素、人造肉、人造皮革以及柔性手机膜、人造牛奶等。中国国内有3家合成生物学上市公司：北京华熙生物科技股份有限公司、安徽华恒生物科技股份有限公司和上海凯赛生物技术股份有限公司，分别做二元酸、玻尿酸和丙氨酸。

很有意思的是，美国合成生物企业背后的投资人，最开始都是互联网技术（IT）界的资深投资人。深圳较早开始发展合成生物学，其实也是因为有IT基础，在IT的基础上发展生物技术（BT）。也就是说，把生命体当作软件来编程，赋予它新的功能，让它们为我们所用，这其中要用到自动化、机器学习、人工智能。

目前的合成生物学市场规模的复合增长率达到25%，比较快，但目前仍然处于早期阶段。投资方面，不管是美国还是中国，合成生物学领域投资最火热的时期是2021年年底，2022年是资本寒冬，但投资人仍然在投合成生物学的项目。美国的合成生物学赛道投资最多的是医学健康与医药领域，中国投资更多是化工、消费品。国内合成生物企业在生物医药领域的发力，下一阶段会展现出来。

另一个蛮有意思的话题是，美国做合成生物学平台性技术的合成生物企业比较多，中国做产品的公司比较多。平台性公司的商业模式应该是什么样的打法？怎么让平台性公司在中国的商业环境里能够走一条使他们发展得比较好的路？国内正在摸索。

在全球范围内，合成生物学布局的最主要区域是美国，欧洲也有一些，中国的发展也比较好。

中国的合成生物产业主要分布于天津和深圳，上海也是一个比较重要的城市，研究力量比较聚集。各城市之间有差异，比如天津偏向发展大众化工品，深圳偏向生物医药、大健康、消费品。

我在深圳做的事情主要分为两个方面，学术方面和产业方面。

学术方面，2017年，我们成立了中国科学院深圳先进技术研究合成生物学研究所，这是国内第一个建制化的合成生物学机构。我们的团队成长得比较快，经过五年的发展，目前已有1100多人，其中科研人员有800多人，大部分是院士、国家杰青、国家优青、长江学者，学生有200多人，共有60个全职课题组。人员组成的交叉特色比较明显，有生物、物理、信息、材料、计算机等不同的背景的首席研究员（PI）。

依托中国科学院深圳先进技术研究院，我们正在筹建深圳理工大学。深圳理工大学培养学生的目标是：培养有企业家精神的科学家，有科学家精神的企业家。深圳理工大学成立了合成生物学院，这是国际上第一个以合成生物学前沿学科命名的学院，我们现在正在做教学方案，招收第一批学生。目前学院六位老师已经到位，都是在合成生物学深耕多年的资深教授。

过去20年，合成生物学的发展以美国为主导。2020年我们举办了一个论坛，作为论坛主席邀请了6个国家的合成生物学学者，一起讨论合成生物学20年来发展的瓶颈是什么？未来20年要做什么？大家一致认为，合成生物学要改造生命体、创造生命体，面临的最大瓶颈是缺乏理性设计的能力，此外我们还缺乏高效构建的能力。针对这个挑战，2021年9月，我们在北京举办了一个名为“定量合成生物学”的香山会议，讨论如何通过发展定量合成生物学来解决理性设计的能力。

与此同时，世界各国都在制定合成生物学路线图，各个路线图都强调应用，中国还没有路线图。我们受科技部的委托，正在编写中国的合成生物学路线图，把定量合成生物学作为理论基础或理论框架写进路线图。和国际上不一样的是，我们不仅要利用现有的技术往前走，去做应用，更多的是要往底层去，往源头去，构建合成生物学学科的理论基础、理论框架。

我们现在也在积极组建定量工程生物学实验室。人工智能领域出现了让大家很吃惊的ChatGPT，在合成生物学领域，我们想知道生命领域哪一件事情能带来变革性的变化？合成生物学作为生物学科的终极目标是什么？生物学的任务是理解地球上的生命体背后的运转机制、运转原理，合成生物学在做的事情是改造现有的生命体，比如改造一个微生物来生产玫瑰精油，生产蜘蛛丝。但还要再往前走，我们怎么去创造一个生命？这不是生物学的研究对象，是合成生物学的研究对象。我们如何去理解生命的本质，回答生命到底是什么的问题？只有把生命重新造出来，才能重新理解它。

造出生命需要三个步骤，第一步是从无机物到有机小分子，第二步是有机小分子合成生物大分子，第三步是从生物大分子到单细胞生命。最简单的生命是产生一个单细胞，前两步是合成化学，第三步是合成生物学。第三步实际上是目前尚未实现过的。坐在这个房间里的大家都是生命的延续，我们都是从有生命到有生命，我们是从妈妈的肚子里出来的，妈妈是从外婆肚子里出来的，再往前溯源，就是动物，植物，多细胞的藻类，再到单细胞，最原始的生命是“卢卡”细胞（LUCA, Last Universal Common Ancestor ）。生命起源之后，生命蔓延开来。

在地球上是否能够再来一次生命的起源？是否能够把这些没有生命的东西放在一起，涌现出生命？这没有必然答案。我们现在希望去做这样一件事情，从地球上合成出一个全新的生命，再来一次生命起源，这是合成生物学真正能够去突破的一件事情。

我们正在发起全球的大科学计划，造一辆车需要一万多个零件，造一个生命也有多个零件，每个实验室做一点，放到一起，把生命合成出来。

产业方面，深圳做了五件事情来推动合成生物产业的发展，一是“楼上楼下”创新创业综合体，位于光明的深圳市工程生物产业创新中心。二是国内的合成生物学产业大会，每年都在深圳召开。三个是合成生物产业园，四是设立专门的天使基金，五是出台市、区两级一起支持合成生物学产业发展的政策。

有意思的是，深圳合成生物学的科研和产业很接近，我们发表一篇文章，同时也孵化一家公司，比如我们用酵母合成大麻素，孵化了森瑞斯生物科技（深圳）有限公司。我们把空气变成粮油，论文发表在《自然-催化》上，孵化了做生物胶水的深圳柏垠生物科技有限公司，去年被评为“中国十大科技进展新闻”。

“楼上楼下”创新创业综合体是一个网红打卡点，楼下引进设备跟楼上的实验室一起用，楼上楼下造成了一个上午下午的巧合：上午文章上线，下午完成融资。“楼上楼下”孵化器于2021年7月1日开启，共遴选了300多家企业。目前我们自己孵化的企业有14家，一般完成一个研究工作需要3-5年，文章发表后我们进行孵化，开公司，周期比较短。我们形成了自己的一棵小树，分几个赛道，包括医药、食品、消费品。

这棵小树苗缺什么？我们发现，现在最缺的就是懂科技的经营人才和首席执行官（CEO）。我们从源头创新上构筑的研究院以及产出的成果，到了初创公司之后，成长得好不好，其实完全取决于谁来运行这个公司。教授来运行公司，99%是失败的，只有1%可能会成功。所以需要专业化且懂科创的经营人才，衔接这个链条，不然这是一个断裂的链条。所以我们在深圳理工大学也想成立商学院，从本科生开始培养懂科技的管理人才。

现在连续的创业者太少了。很多人创业成功之后，往往就去做投资了，没有回来再创业，这是国内的情况。所以我们特别需要再回到池子里，连续创业者的池子如果能像美国一样那么大的话，那中国的科技成果、产业转化这条路，会走得更加顺畅。

最后，我们形成了 “双环耦合”的模式。左边是科技创新的环，以政府投入为主，右边是产业转化的环，市场主导。我们可以用“订书机”在两个地方把两个环订在一起，一个是设施，既服务科学又服务产业，另一个是楼下和楼下都是产业，目的是打通科学和产业“两张皮”，沿途下蛋，就地转化。这个模式不是预先想好的，是往回看，思考一些模式是否可以复制时总结出来的。今天我讲合成生物学，不一定局限于这个领域，可以通过这个点，向外去辐射，看看是否有可以复制的地方，在其他领域也能够走这条路，打破科技产业“两张皮”的情况。

（原标题：中国科学院刘陈立谈合成生物的突破：在地球上再来一次生命的起源）