12 月 10 日 - 11 日，由浙江省委人才辦、紹興市委市政府、《麻省理工科技評論》主辦的全球青年科技領(lǐng)袖峰會暨《麻省理工科技評論》中國 “35 歲以下科技創(chuàng)新 35 人” 頒獎典禮在紹興上虞舉行?！?5 歲以下科技創(chuàng)新 35 人” 2020 年中國榜單正式發(fā)布。

會上，上海交通大學特別研究員、長聘教軌副教授倪俊發(fā)表了以《光驅(qū)動合成生物學》為主題的演講，以下為經(jīng)過整理后的演講實錄：

從《侏羅紀公園》中利用克隆技術(shù)復活恐龍到《逃出克隆島》中的克隆人用于器官移植，到哈佛大學研究人員提出復活猛犸象的可行方案，再到中國科學家成功開發(fā)可供人體移植的豬器官，“將科幻電影情節(jié)變?yōu)楝F(xiàn)實的背后，都依靠同一種技術(shù) —— 合成生物學?！?倪俊說。

所謂合成生物學，簡單說就是利用工程設(shè)計理念來改造或者創(chuàng)制人工生命系統(tǒng)，從而讓細胞完成設(shè)定的任務(wù)，其建立在基因讀寫技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上。2000 年，美國科學家 James J. Collins 開發(fā)出了遺傳開關(guān)，這通常被認為合成生物學的開端。2010 年，Craig Venter 創(chuàng)造出了第一個人造生命。之后合成生物學快速發(fā)展，出現(xiàn)了非天然核酸、蛋白質(zhì)從頭設(shè)計、單條染色體酵母和大腸桿菌基因組全合成等一系列里程碑式的工作。

“雖然合成生物學是生命科學新的分支，但它已經(jīng)被認為是 21 世紀最重要的生物技術(shù)平臺?！?倪俊副教授強調(diào)了這種技術(shù)的重要性。早在 2004 年，《麻省理工科技評論》將合成生物學評為改變世界的十大新技術(shù)之一。合成生物學得到了世界各國的重視，美國將其認為 21 世紀優(yōu)先發(fā)展的六大戰(zhàn)略性技術(shù)，歐盟對于合成生物學的投入占到研發(fā)總投入的三分之一，中國也將合成生物學列為戰(zhàn)略性前瞻性的重點發(fā)展方向，并且設(shè)立了國家重點研發(fā)計劃合成生物學專項。

“合成生物學目前最為廣泛的應(yīng)用就是人工細胞工廠” ，倪俊介紹道。所謂人工細胞工廠，就是將微生物細胞當作微型工廠，通過引入定制的生產(chǎn)線，生產(chǎn)我們所需要的東西，包括生物燃料、可降解塑料、食品、藥品等。因此，細胞工廠具有十分重要的應(yīng)用前景，2013 年美國科學家在酵母中引入了青蒿素的合成途徑，開發(fā)出了利用葡萄糖來生產(chǎn)青蒿酸的人工細胞工廠。

基于這種技術(shù)，100 立方米發(fā)酵罐中獲得青蒿素的量與 5 萬畝黃奧蒿獲得的產(chǎn)量相當，這使得抗瘧疾藥物的成本下降了 90% 以上。利用合成生物學技術(shù)，還可以開發(fā)用來生產(chǎn)大麻素和神經(jīng)類藥物的人工細胞工廠。

倪俊團隊在今年通過合成生物學實現(xiàn)了熊果苷等糖苷類化合物的生產(chǎn)。當然，他們的工作不局限于此。在演講中，倪俊介紹了團隊的一系列工作：在大腸桿菌中引入了香蘭素的合成途徑，構(gòu)建了細胞工廠并且開發(fā)了溫度控制的策略，使得香蘭素的產(chǎn)量和產(chǎn)率達到全球最高水平；利用細胞工廠來構(gòu)建了可以生產(chǎn)可降解塑料的聚乳酸、工業(yè)原料 1,3 - 丙二醇和戊二酸等許多物質(zhì)；實現(xiàn)可降解塑料聚乳酸和天然香料的產(chǎn)業(yè)化……

在倪俊團隊的諸多成就中，最耀眼的無疑是他們提出的 “光驅(qū)動合成生物學”。倪俊介紹說，基于異養(yǎng)微生物的傳統(tǒng)細胞工廠并沒有實現(xiàn)真正的綠色生產(chǎn)?！霸缭谝话俣嗄昵熬陀锌茖W家提出真正的綠色合成是利用類似的植物方式來進化合物的生產(chǎn)，而碳回收也被認為合成生物學最高成就之一” ，他說。雖然目前科學家利用合成生物學技術(shù)對大腸桿菌和酵母菌進行改造，獲得了可以利用二氧化碳的微生物，但這些微生物生長慢、固碳效率低，失去了應(yīng)用價值。

該團隊注意到，自然界中存在一類光合自養(yǎng)的微生物，藍藻，可以利用太陽能來固定二氧化碳，同時它的太陽能的利用效率比陸生植物高差不多 10 倍?！拔覀冄芯堪l(fā)現(xiàn)藍藻特殊的類囊體結(jié)構(gòu)使得它可以表達幾乎所有植物來源的基因，包括許多在大腸桿菌等常用微生物中難以表達的基因。同時，光合作用產(chǎn)生的能量和還原力會推動合成反應(yīng)，因此藍藻非常適合進行天然產(chǎn)物的生產(chǎn)” ，倪俊說。基于這類微生物他們提出了光驅(qū)動合成生物學：以藍藻中的聚球藻作為光驅(qū)動細胞工廠，在其中引入了不同生產(chǎn)線，從而直接利用二氧化碳合成乳酸、1,3 - 丙二醇和天然產(chǎn)物等不同的化合物。

目前倪俊團隊已經(jīng)構(gòu)建出了一個全球最大的天然產(chǎn)物光合細胞庫，包含了上百種的光驅(qū)動細胞工廠，直接利用二氧化碳生產(chǎn)的天然產(chǎn)物可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、保健和化妝品行業(yè)。

倪俊介紹，這個光合細胞庫應(yīng)用前景廣闊，比如光驅(qū)細胞工廠生產(chǎn)的柚皮素有助于抑制和治療新冠肺炎，而白藜蘆醇和熊果苷等天然產(chǎn)物可以用來生產(chǎn)保健品和化妝品 “柚皮素這種物質(zhì)具有抗病毒的功效，可以競爭性結(jié)合上皮細胞的 ACE2 受體，從而可以阻止新冠病毒的入侵，因此可以用來預防新冠疾病。同時柚皮素可以減輕肺部的炎癥反應(yīng)，因此可以用來治療新冠肺炎等疾病?！?他解釋說。

此外，光驅(qū)動合成生物學還可應(yīng)用于細胞治療。團隊利用聚球藻結(jié)合光動力學療法，在小鼠中實現(xiàn)了乳腺癌的治療。這種方法對于癌細胞的抑制效果接近百分之百，他們將這種創(chuàng)新的療法稱為藍細胞療法，工程化的藍細胞還可以用來治療代謝疾病

其團隊關(guān)于光驅(qū)動細胞工廠的工作已經(jīng)連續(xù)被國際期刊選做封面，這種新型的合成生物學平臺與以往的技術(shù)相比具有明顯優(yōu)勢，且具有商業(yè)化價值和產(chǎn)業(yè)化前景，未來有望改善人類生活。

目前，倪俊團隊正在主持國家重點研發(fā)計劃的首個光驅(qū)動合成生物學的課題，聯(lián)合了國內(nèi)優(yōu)勢的研發(fā)團隊，希望打破科研成果轉(zhuǎn)化的最后一公里?！?019 年，合成生物學被美國列入了技術(shù)封鎖的清單，但是中國在合成生物學領(lǐng)域的研究水平并不弱，我也相信全球第一家光驅(qū)動合成生物學的公司在不久后會誕生在中國?！?倪俊在演講的最后說。