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2022年40篇（共330篇）原創(chuàng)文章 文中圖片如未說(shuō)明，均來(lái)自陳教授的線上課堂。在2022年第六屆萬(wàn)物生長(zhǎng)大會(huì)——生物技術(shù)創(chuàng)新論壇上，中國(guó)科學(xué)院院士、中科院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)中心首席科學(xué)家趙國(guó)屏教授，做了演講：《合成生物學(xué)與生物技術(shù)——從“造物致用”到產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化》。我結(jié)合自身的理解和積累的資料，對(duì)趙院士的分享做了筆記。趙院士的演講內(nèi)容非常豐富，包含六個(gè)模塊的內(nèi)容，共4000+字，分享給大家。1.生物學(xué)、生命科學(xué)VS生物技術(shù)
2.分子生物學(xué)革命、基因組學(xué)革命→現(xiàn)代生物工程技術(shù)的崛起和發(fā)展3.合成生物學(xué)的基礎(chǔ)定義與內(nèi)涵4.中科院合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：技術(shù)創(chuàng)新→造物致用5.合成生物學(xué)與生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化：基礎(chǔ)層與應(yīng)用層
※全球合成生物學(xué)初創(chuàng)公司圖譜※我國(guó)合成生物學(xué)初創(chuàng)公司代表6.合成生物學(xué)的發(fā)展：人類能力的提升我未能與演講者做過(guò)溝通，因此，如有紕漏，是我的問(wèn)題，文責(zé)自負(fù)。
生物學(xué)、生命科學(xué)VS生物技術(shù) 生物學(xué)、生命科學(xué)：研究生物各層次的種類、結(jié)構(gòu)、發(fā)育和起源進(jìn)化，以及生物與周圍環(huán)境的關(guān)系的科學(xué)。聽(tīng)這個(gè)定義，似乎很理想化，但和我們普通人的生活關(guān)系非常密切。生物技術(shù)：以生物或生命體系為基礎(chǔ)，改造生物或加工生物原料，為人類生產(chǎn)所需產(chǎn)品。
生物技術(shù)經(jīng)過(guò)一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程：經(jīng)驗(yàn)→認(rèn)知×理論→設(shè)計(jì)×構(gòu)建/創(chuàng)制第一代的生物工程技術(shù)：遠(yuǎn)古時(shí)代公元前5000-4000年，中國(guó)仰韶時(shí)期，利用“甕”保溫，釀造谷芽酒。
 （圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）古人的生活經(jīng)驗(yàn)，其實(shí)都是利用了微生物，但真正形成認(rèn)知，是：1676-1680年，荷蘭人Leeuwenhoek改進(jìn)顯微鏡，觀察到了微生物。 （圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）第二代生物工程技術(shù)：巴斯德時(shí)代1856-1860年，法國(guó)人Louis Pasteur提出以微生物（酵母、細(xì)菌）代謝為基礎(chǔ)的發(fā)酵理論。
他發(fā)現(xiàn)：紅酒發(fā)酵成功，利用的是酵母的代謝功能，如果發(fā)酵失敗就變成醋了。1882年，德國(guó)人Robert Koch在微生物純培養(yǎng)法的創(chuàng)立基礎(chǔ)上，分離出結(jié)核桿菌。1905-1922年，Bacille Calmette-Guerin獲得卡介苗。1929年，英國(guó)人弗萊明（Alexander Fleming）發(fā)現(xiàn)青霉素，就有了微生物次生代謝藥物。
今天都知道，疫苗+抗生素，讓人類獲得了戰(zhàn)勝感染性疾病的主動(dòng)權(quán)。
正在進(jìn)行曲頸瓶實(shí)驗(yàn)的生物學(xué)家巴斯德——圖片來(lái)源：（美）斯潘根貝格，（美）莫澤. 科學(xué)的旅程（珍藏版）. 北京：北京大學(xué)出版社，2014 分子生物學(xué)革命、基因組學(xué)革命→ 現(xiàn)代生物工程技術(shù)的崛起和發(fā)展 現(xiàn)代生物工程技術(shù)的崛起與發(fā)展：1953年：Crick & Watson發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)、半保留復(fù)制。他們意識(shí)到：生物系統(tǒng)是受調(diào)控的，DNA重組技術(shù)也發(fā)展起來(lái)了。
（圖片來(lái)源：趙院士講座） 到1980年代，基因組學(xué)啟動(dòng)，人們對(duì)生命系統(tǒng)的認(rèn)知不在局限于一個(gè)基因，而上升到基因組的層面。
在此基礎(chǔ)上，生物技術(shù)、生物工程、代謝工程全面發(fā)展，從而產(chǎn)生了系統(tǒng)生物學(xué)。有了系統(tǒng)生物學(xué)，人類對(duì)于生命體系的認(rèn)知到了新階段——
（圖片來(lái)源：趙院士講座） 合成生物學(xué)的基礎(chǔ)、定義與內(nèi)涵 到本世紀(jì)初，在現(xiàn)代生物技術(shù)崛起的基礎(chǔ)上，科研工作者引入了工程學(xué)的理念來(lái)研究合成生物學(xué)——在工程科學(xué)理念指導(dǎo)下，綜合系統(tǒng)、合成定量、計(jì)算與理論科學(xué)手段，以“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試-學(xué)習(xí)”的迭代研究認(rèn)識(shí)生命，創(chuàng)建特定結(jié)構(gòu)功能的工程化生命的理論架構(gòu)與方法體系。由此，合成生物學(xué)的基礎(chǔ)內(nèi)涵是：以工程科學(xué)“自上而下”理念指導(dǎo)，以及“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試-學(xué)習(xí)”的迭代研究范式。綜合了以下手段：①計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)；②基因基因組合成及非天然生命功能分子、器件（包括元件、模塊、線路、底盤）構(gòu)建；③檢測(cè)與學(xué)習(xí)方法等。以工程化生命構(gòu)建研究為生命科學(xué)內(nèi)涵；以生命的工程化為生物技術(shù)、生物工程內(nèi)涵。今天講的重點(diǎn)，就是生物技術(shù)、生物工程的內(nèi)涵。
（圖片來(lái)源：趙院士講座） 中科院合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：技術(shù)創(chuàng)新→造物致用 2008年，中國(guó)科學(xué)院合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)立，這是我國(guó)第一個(gè)合成生物學(xué)的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。過(guò)去十幾年，就是按照上述說(shuō)的“學(xué)習(xí)-設(shè)計(jì)-模塊-途徑-網(wǎng)絡(luò)合成+檢測(cè)”來(lái)建立生物元件與底盤，通過(guò)DNA合成、操作的技術(shù)，來(lái)進(jìn)行科研和相關(guān)技術(shù)發(fā)展工作。
 （圖片來(lái)源：趙院士講座）
CRISPR（特異性高靈敏度酶促解鎖，Specific High-sensitivityEnzymatic Reporter unLOCKing）技術(shù)被稱為“上帝給的魔劍”，主要有三種用途：最常見(jiàn)的用途就是進(jìn)行基因編輯，對(duì)蛋白進(jìn)行切割、結(jié)合。第二，dCas Protein + effector 把蛋白進(jìn)行突變，只能結(jié)合，不切割，成為調(diào)控蛋白。發(fā)現(xiàn)某種蛋白具有反式切割能力，該技術(shù)可以用以檢測(cè)和診斷。用RNA的就是SHERLOCK技術(shù)，用DNA的就是HOLMES技術(shù)。這里補(bǔ)充一句，技術(shù)的發(fā)明人之一是生物界大?！獜堜h。張鋒團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)巧妙構(gòu)思，向系統(tǒng)加入一種特定RNA熒光標(biāo)記物，并使用RDA擴(kuò)增技術(shù)，使系統(tǒng)靈敏度提高了100萬(wàn)倍，可以準(zhǔn)確檢測(cè)到單個(gè)核酸分子。 因新系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)蛛絲馬跡的特征，張鋒將其命名為“神探夏洛克”，看來(lái)也是一位福爾摩斯迷。 
（圖片來(lái)源：趙院士講座） 這些技術(shù)的應(yīng)用，很有意思，比如：用在新冠病毒的檢測(cè)，現(xiàn)在常用的新冠病毒檢測(cè)有一個(gè)限制：只能達(dá)到4個(gè)拷貝的級(jí)別。但HOLMES具有高專一性的高靈敏度，可以達(dá)到1.6個(gè)拷貝的級(jí)別，能有效去除灰區(qū)問(wèn)題，比如假陽(yáng)性、假陰性或者陰陽(yáng)不確定的。在CRISPER-Cas12b基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了TB-QUICK快檢平臺(tái)。
能夠?qū)顾嵬科幮缘腡B（結(jié)核病）患者，快速、靈敏檢測(cè)出結(jié)核菌。在結(jié)核病臨床的檢測(cè)上，表現(xiàn)優(yōu)異——在醫(yī)院原有結(jié)果上，多發(fā)現(xiàn)了30例陽(yáng)性樣本。 （圖片來(lái)源：趙院士講座）
在此技術(shù)基礎(chǔ)上，在無(wú)錫成立了IVD載體平臺(tái)，主要開(kāi)發(fā)TB和微生物的檢測(cè)。 （圖片來(lái)源：趙院士講座）
這部分分享的重點(diǎn)是，我們?cè)趺窗烟烊坏奈⑸?，變成人類所需要的化合物?/span>這是生物技術(shù)里面常見(jiàn)的過(guò)程，但在合成生物學(xué)領(lǐng)域，我們賦予了新的稱謂。比如，在基因工程里常說(shuō)的“酶”，這里稱之為“元件”。
體外過(guò)程（酶工程），這里稱之為“分子機(jī)器（Mol Machine）”。細(xì)胞內(nèi)、底盤基因組維度開(kāi)展的工作（細(xì)胞工程、微生物工程），這里稱之為“細(xì)胞工廠（Cell Factory）”。
這里的研究過(guò)程，才是合成生物學(xué)真正的研究過(guò)程。
利用了各種各樣的工具包，通過(guò)設(shè)計(jì)→構(gòu)建→檢測(cè)→學(xué)習(xí)→進(jìn)一步設(shè)計(jì)，反復(fù)循環(huán)，最后實(shí)現(xiàn)放大（Scale-up）和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化（Scale-out）。（圖片來(lái)源：趙院士講座） 合成生物學(xué)的實(shí)踐例子——人參。人參的營(yíng)養(yǎng)能夠得以發(fā)揮，重要的組成部分就是人參皂苷。韓國(guó)的人參為何比中國(guó)的人參貴呢？
因?yàn)轫n國(guó)的人參富含稀有人參皂苷，這是經(jīng)過(guò)加工的。
中國(guó)人參的稀有皂苷含量少，當(dāng)然，人吃了人參，經(jīng)過(guò)腸道微生物的作用，會(huì)產(chǎn)生出稀有人參皂苷。
經(jīng)過(guò)腸道微生物分解人參后，會(huì)發(fā)現(xiàn)CK（Compound K）。CK在天然人參中沒(méi)有，但在人類血清里可以檢測(cè)到CK的化合物。
因此，目標(biāo)是借助合成生物學(xué)方法，生產(chǎn)出自然界沒(méi)有、而人類需要的稀有人參皂苷。實(shí)驗(yàn)室通過(guò)大量篩選，找到了糖基轉(zhuǎn)移酶這個(gè)重要的元件，在酵母細(xì)胞內(nèi)，產(chǎn)生出稀有人參皂苷。不同的稀有人參皂苷，可以通過(guò)不同的酵母來(lái)生產(chǎn)。從每升毫克級(jí)的生產(chǎn)效率，擴(kuò)大到了每升幾克、甚至十幾克的產(chǎn)量。純度可以達(dá)到99.5%。產(chǎn)能提高，意味著現(xiàn)在只要一個(gè)星期，就可以生產(chǎn)過(guò)去六、七年才能生產(chǎn)的稀有皂苷。（圖片來(lái)源：趙院士講座） 有了稀有皂苷（CK），就可以往產(chǎn)品化做更多延伸。以前稀有皂苷制備難度大，對(duì)于它的生理、藥理功能是不清楚的。現(xiàn)在制備產(chǎn)量提高，就可以在動(dòng)物上進(jìn)行模型研究。比如，在小鼠身上發(fā)現(xiàn)，CK可以治療酒精性肝病，起到降脂保肝的作用。同時(shí)，從小鼠、大鼠模型發(fā)現(xiàn)口服人參皂苷Rb1可以治療非酒精型脂肪肝。“合成生物學(xué)”與生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化：基礎(chǔ)層與應(yīng)用層 上述內(nèi)容比較多是實(shí)驗(yàn)室的成果，但合成生物學(xué)已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化方向，產(chǎn)生不少成果。全球合成生物學(xué)領(lǐng)域初創(chuàng)企業(yè)蓬勃發(fā)展，初步形成產(chǎn)業(yè)鏈。從產(chǎn)業(yè)鏈上下游來(lái)劃分，上游為各種技術(shù)賦能公司，下游為各類產(chǎn)品應(yīng)用型公司。
技術(shù)賦能企業(yè)（基礎(chǔ)層）：
為行業(yè)提供關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品支持，如DNA測(cè)序、合成基因編輯以及菌株等生物合成所必須的生產(chǎn)與技術(shù)能力。產(chǎn)品應(yīng)用企業(yè)（應(yīng)用層）：
核心能力除主營(yíng)產(chǎn)品所涉及的菌種和基因等技術(shù)能力外，還包括產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和商業(yè)推廣能力，覆蓋：工業(yè)化學(xué)品、醫(yī)療、食品、材料以及化妝品、護(hù)膚品等多個(gè)領(lǐng)域。（圖片來(lái)源：趙院士講座） 我國(guó)合成生物學(xué)企業(yè)發(fā)展迅速，有的獲得大額融資，有的登陸科創(chuàng)板。初創(chuàng)公司獲得億元以上大額融資的，例如：弈柯萊生物、藍(lán)晶微生物、迪贏生物、羽冠生物。我國(guó)合成生物學(xué)領(lǐng)域代表性初創(chuàng)企業(yè)：（圖片來(lái)源：趙院士講座） 相對(duì)而言，應(yīng)用層的公司比較落地，基礎(chǔ)層公司做好的意義是非凡的，但挑戰(zhàn)也是巨大的。合成生物學(xué)的發(fā)展：人類能力的提升 合成生物學(xué)的發(fā)展，從2000年開(kāi)始算起，也有20年進(jìn)展了。經(jīng)過(guò)了三個(gè)發(fā)展階段：1.創(chuàng)建時(shí)期（2000-2003年）：具備領(lǐng)域特征的研究手段和理論。代表事件：1998-2000年：人類基因組計(jì)劃和積累數(shù)據(jù)達(dá)到了TB級(jí)（10的12次方）。2.擴(kuò)張和發(fā)展期（2004-2007年）：應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，工程技術(shù)進(jìn)步存在瓶頸。代表事件：2007年以來(lái)，生物數(shù)據(jù)產(chǎn)出呈爆炸性增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)（→PB量級(jí)），單位信息產(chǎn)出費(fèi)用指數(shù)下降。3.創(chuàng)新和應(yīng)用轉(zhuǎn)化（2008-2013年）：新技術(shù)和工程手段涌現(xiàn)。這與我們生命科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平是分不開(kāi)的。代表事件：生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)超過(guò)EB量級(jí)（10的18次方），進(jìn)入數(shù)據(jù)密集型科學(xué)。同時(shí)，AI方面，2016年alpha-GO的出現(xiàn)，202年alpha-Fold2出現(xiàn)，將極大提高篩選和設(shè)計(jì)效率。通過(guò)人工智能和生物數(shù)據(jù)的技術(shù)，把系統(tǒng)生物學(xué)研究從——“黑箱研究”（知道輸入和輸出是什么，但不知道內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系），推進(jìn)為：“白箱研究”（知道輸入和輸出是什么，也知道輸出關(guān)系的結(jié)構(gòu)和過(guò)程）。從黑箱到白箱，這是合成生物學(xué)的發(fā)展方向，也是人類能力的巨大提升。
最后，合成生物學(xué)研發(fā)應(yīng)該注意三點(diǎn)問(wèn)題：（圖片來(lái)源：趙院士其他場(chǎng)合講座照片）
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