最近，从二氧化碳人工合成淀粉到一氧化碳人工合成蛋白，成了合成生物学的热门案例。同时，面对肉类生产的高碳足迹，替代蛋白成为一个令人兴奋的领域。喂牛吃红藻可以降低甲烷排放量；回收二氧化碳可以转变成汽水原料；合成蜘蛛丝开始进入时尚界…… 近些年来有很多好的想法和产品雏形，不过合成生物学发挥的作用仍然在全球环境问题的边缘。从香料和香水中赚取些许利润，与合成生物学被寄予的可持续发展宏图和生物经济转型仍相距甚远，潜力并未完全释放。
那么，合成生物学能否提供大规模的解决方案？换句话说，从最初的实验室技术，到走向产业应用，直至最终完全转型到生物经济模式，这期间还面临着哪些困难和挑战？从技术开发者到公司创始人，再到资本市场甚至整个行业生态中，每一部分都将如何向前推进？
DNA 测序和合成的成本已经大大降低，使得行业可以获得大量的基因信息和更加强大的基因工程能力。这些 基础设施 正在发挥重要作用，在此背景下，多学科交叉的合成生物学正日益成为未来医药、粮食和能源生产、制造和安防的解决方案。
不过业内普遍认为，虽然在实验台上使用人工合成工程细胞生产小分子变得越来越容易，但这些过程往往无法很好地转化为大规模生产。
以目的为导向的设计是解决这一问题的关键，最大的挑战也就在于缺乏可预测性设计的指导。
从升到吨的放大，并不是一个简单的过程，甚至每一个步骤都需要重新摸索和优化。因此，在实验设计之初最好就能考虑到可拓展性，比如减少分子对生产主体或 底盘 的毒性、引入有利于其提取的修改。
谨慎选择正确的 底盘 也可以大大提高产量和显著降低生产成本。这就涉及到另一个问题，目前用于生产合成生物材料的微生物数量只是自然界中的一小部分，只有十余种微生物被 驯化 为工业用途。为了确定最合适的底盘，求助于大自然是一个有效的途径。
另外，开发一个通用的合成表达系统也至关重要，可以避免不同的底盘对合成基因电路的影响。将之与基因编辑技术相结合，可以使得宿主生产平台的建立以及复杂的生物合成产品的生产变得更加容易和快捷。
无细胞模式是一个很好的选择，也就是在体外重组基本的细胞机制，并将其用作生产平台。与体内系统相比，无细胞体系与半导体相连接，通过电极来控制，可以打造一个灵活且可控生产系统，具有产物产量高、反应速率快、对毒性前体或产物的耐受性高等优点。
总的来说，不论是什么系统，精益（lean）和智能的数据工具，都是建立基于工程植物和工程微生物产品的生物经济的关键。如果想更精准和可预测地进行遗传电路修改，都需要一个稳健模型，这就需要测量不同条件下细胞行为的多个参数从而产生大量数据。高通量数据测量和采集系统可以生成所需的大型数据库，通过 AI 或机器学习的方法进行分析，可以更有效地优化合成生物产品的设计，摆脱低效的试错过程。
在国内，位于深圳光明区卓宏大厦的 光明工程生物产业创新中心 也在探索打造基础研究与产业化应用有机融合的一体化平台，致力于打破 从 0 到 1 再到 10 的产业孵化时间壁垒，建立 科研 - 转化 - 产业 的全链条企业培育模式，计划在未来三年，吸引不少于 30 家合成生物学领域高新企业入驻。
去年，英国合成生物学领导委员会的成员做过一个统计，在所有合成生物学初创投资活动中，美国占到 25%，英国达 10%。不过该分析员认为，市场上有 20% 左右的合成生物学公司都以工业生物学为目标，但只有 11% 左右的公司能吸引到民间投资。
在中国，情况有所不同，高涨的投资热情和尚不充分的项目之间出现了 狼多肉少 的局面。
不论是哪种现状，采用链接性更强的方式，把专家、基础设施和正在进行的研究联系起来，降低扩大规模的经济挑战的风险，并辅之以有效的长期筹资策略，将会转变合成生物学和工业生物技术对生物经济的影响。
在经费支持方面，中国科技部早在 2011 年就启动了 973 计划重大项目 人工合成细胞工厂。随后又于 2018 年启动了国家重点研发计划 合成生物学重点专项 的 5 年实施方案，预计财政投入 23 亿元。
英国在 2012 年发布了《英国合成生物学路线图》，初期围绕基础科学创新和部分面向商业的技术开发，2016 年发布的《2016 年英国合成生物学战略计划》则重点强调产品转化以及全球市场部署，开始推动短期和长期的社会和经济效益转化。
新加坡的战略略有不同，基于发展现状，他们更倾向于在有优势的领域展开竞争，而非覆盖所有垂类方向。新加坡国立研究基金会于 2018 年宣布自主一项合成生物学研发计划，支持 3 个方向的研究：菌株产品商业化；开发可持续方法提取大麻植物的有效成分以拯救生命的疗法；实施工业项目，特别是生产稀有脂肪酸这类在制药业中有着重要应用的产品。
不同国家、不同政策、不同市场主体、不同体量的支持和投入，抽离来看，都在不断汇聚资源链接网络，交流程度越高、攒局 能力越强，领先优势越明显。
目光以 10 年为单位拉长，合成生物学能够带来的革新或许不止于医疗、食品、消费品，一个替代化石原料帝国，被生物能源、生物材料、生物化工、生物冶金支持的新工业王国的画像将会越来越清晰，亦或者越来越模糊。
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