科大硅谷大講堂 葉邦策：從 “讀懂生命” 到 “創(chuàng)造生命”

　　2000 年前，人類就已經(jīng)掌握了生物技術(shù)——發(fā)酵。

　　盡管先民們并不了解生物本身，也不了解微觀世界，但那時人們就知道自然界中有一個現(xiàn)象，把糧食儲存一段時間后，會發(fā)酵出酒精、奶酪和紅酒等副產(chǎn)品。

　　所以站在時間維度上，人類一直把生物當作一種技術(shù)。

　　而今天，合成生物的出現(xiàn)，引發(fā)了一場關(guān)于生命科學的思維重構(gòu)——從傳統(tǒng)生命科學“自上而下”的“格物致知”，邁向合成生物學“自下而上”的“造物致知”。

　　1月30日，科大硅谷大講堂第三十期在市政務中心小會堂舉行，華東理工大學生物反應器工程全國重點實驗室主任葉邦策，帶我們重新解讀了這次思維重構(gòu)。

　　既見樹木，又見森林

　　與其說，這是一次講座，不如說這是一堂課。

　　偌大的講臺上，葉邦策依然保持著大學課堂授課的習慣——打開一張PPT，上面沒有成堆的文字，只有一張清晰的思維導圖。思維導圖的標題是“生物學發(fā)展的認識論/方法論”，加粗的兩個詞是格物致知和造物致用。

　　“科學新成就和思維方式的變化帶來了科學方法的重大變革，科學方法的創(chuàng)新也加速了科學技術(shù)的新突破?！蹦弥捦?，葉邦策從座位上站起來，從科學泰斗錢學森提出的系統(tǒng)論方法說起，“把理論和實踐統(tǒng)一起來，達到從整體上研究和解決問題的目的。它既可以指導科學技術(shù)研究，又隨著科學技術(shù)進步而不斷豐富和發(fā)展……”

　　葉邦策的語速很快，但在分享知識點時會刻意地停頓。

　　“對生物學的深刻理解，或許會遲到、但絕不會缺席?！痹谌~邦策看來，合成生物學是一門整合酶工程、基因合成、基因測序、基因編輯等多種生物技術(shù)工具的系統(tǒng)工程?！斑@個誕生于21世紀初的名詞，是生物學、工程學、化學和信息技術(shù)等相互交叉融合的新興領(lǐng)域。相較于之前，合成生物學需要以整體的思想對生物系統(tǒng)進行研究，系統(tǒng)的研究方法能夠讓我們在研究過程中‘既見樹木，又見森林’?！?/p>

　　或許是為了佐證觀點，或許是為了讓臺下的聽課者更好地理解，葉邦策以人類基因組序列研究舉例——

　　對人類基因組的研究，已經(jīng)有50多年的歷史。最有名的研究項目，是1990年啟動的“人類基因組計劃”。2003年4月14日，多國實驗室耗費10多年的時間和30億美元的資金，完成了人類基因組計劃的測序工作，首次繪制出了人類基因組的圖譜。但是，當時人類基因組計劃得出的序列中，仍然留下了大約8%的空白，其中包含了很多高度重復的DNA序列，加起來有一條染色體那么長。2022年，《科學》雜志一連上線了6篇論文，第一次公布了人類基因組的完整序列，重新彌補了空白。

　　“相較于20年前測序過程投入的人力物力，最新成果的獲取成本降低了很多，這就離不開系統(tǒng)生物學的發(fā)展。”在他看來，合成生物學的崛起，本質(zhì)上是一場生命科學的思維重構(gòu)——從傳統(tǒng)生命科學“自上而下”的“格物致知”，邁向合成生物學“自下而上”的“造物致知”。

　　“工程化造物”的科創(chuàng)引擎

　　去年11月，葉邦策課題組獲得了新突破：解脂耶氏酵母創(chuàng)6-甲基水楊酸合成紀錄。

　　生物學領(lǐng)域的專有名詞生僻難懂，但卻透露出一些與我們生活緊密相關(guān)的信息：生物醫(yī)藥市場又將迎來利好。

　　“聚酮化合物作為自然界最復雜的生物活性分子家族，其結(jié)構(gòu)多樣性賦予其抗菌、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)等20余種藥理活性?！比~邦策將聚酮化合物比作天然藥庫的“黃金鑰匙”，“6-甲基水楊酸作為聚酮家族的最小成員，卻擁有‘小身材大能量’的獨特價值，對炭疽菌、葡萄座腔菌等植物病原體抑制率達90%以上。”

　　深耕領(lǐng)域數(shù)十年，葉邦策始終堅信，“造物致用”是合成生物學從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化的核心動力。他憑借深厚的科研積累與豐富的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗，見證了合成生物學從實驗室里的“小眾探索”，逐步成長為賦能醫(yī)藥、化工、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等多領(lǐng)域的“硬核力量”——從可降解材料的定向合成，到生物制藥的效率革新，再到綠色能源的技術(shù)突破……

　　他說，合成生物學正以“工程化造物”的能力，為產(chǎn)業(yè)升級提供全新路徑——

　　在醫(yī)療健康領(lǐng)域，合成生物學可以應用于藥物的研究、開發(fā)和生產(chǎn)。通過基因編輯和合成生物技術(shù)，可以制造更安全、更有效的藥物，滿足人們對高質(zhì)量醫(yī)療服務的需求；

　　在能源與環(huán)境保護領(lǐng)域，合成生物專業(yè)可以應用于生物能源的研究與開發(fā)。通過合成生物技術(shù)，可以制造出更環(huán)保、更可持續(xù)的生物能源，為保護地球環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻；

　　在食品工業(yè)領(lǐng)域，合成生物學可以用于改良食品的品質(zhì)和口感，生產(chǎn)出更加健康、營養(yǎng)的食品；例如，通過改造酵母，使其能夠合成更多的維生素和風味物質(zhì)，提升面包、啤酒等食品的品質(zhì)；

　　在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，合成生物專業(yè)可以應用于作物改良、植物病蟲害控制和生物農(nóng)藥創(chuàng)制等。此外，合成生物學還可以應用于日化美妝領(lǐng)域，例如通過合成生物技術(shù)生產(chǎn)天然香精、高級化妝品等……

　　雖然有人將合成生物視為“上帝之手”，“萬物一切皆可合成”。

　　但葉邦策依然認為，合成生物學面臨的主要挑戰(zhàn)是缺乏理性設計能力，缺乏可預測性，不過大數(shù)據(jù)時代和工程化研究體系帶來了新機遇?！巴ㄟ^‘黑箱+白箱’或者‘黑箱白箱化’進行‘定量合成生物學’的研究，最后形成認識生命、改造生命、設計生命、合成生命的工程應用?！?/p>

　　在探索中掌握“藍圖的法則”

　　從“讀懂生命” 到 “創(chuàng)造生命” ，合成生物被視為“第三次生物革命”。

　　“在前進道路上，仍然面臨著許多難點和堵點，生物系統(tǒng)的復雜性遠遠超出了我們的想象?！比~邦策認為，生物體內(nèi)的基因、蛋白質(zhì)和代謝途徑相互交織，形成了一個龐大而復雜的網(wǎng)絡?！拔覀儗@個網(wǎng)絡的理解還非常有限，很難準確預測生物系統(tǒng)在受到改造后的行為和變化。這就好比我們在一個黑暗的迷宮中摸索，每走一步都可能面臨未知的風險。”

　　對于葉邦策來說，這次來肥分享，只是他多年科研教學活動中最尋常不過的一堂課。寒風料峭中，趕到現(xiàn)場聆聽的受眾不僅有高校學子，還有不少專業(yè)人員。

　　“套用一句網(wǎng)絡流行語，‘合成生物的風也飄到了這里’。”一位到場聆聽的投資從業(yè)人員表示，從科大硅谷微信公眾號上獲悉此次講座后，第一時間掃碼報了名。“這兩年，合肥發(fā)展勢頭盛，來肥投資已經(jīng)成為一種風尚，而生物制造也是投資的熱門領(lǐng)域。通過這場學習，也讓我更好地了解這一領(lǐng)域發(fā)展的‘前世今生’，也更看好這里的產(chǎn)業(yè)潛力?！?/p>

　　“合成生物學不是實驗室里的孤芳自賞，產(chǎn)業(yè)落地才是檢驗價值的唯一標準?！笔聦嵣希戏室褜⑸镏圃炝袨槌鞘兄攸c發(fā)展產(chǎn)業(yè)，政策傾斜為科研轉(zhuǎn)化鋪路。同時聚集了一批龍頭企業(yè)，華恒生物、凱賽生物等企業(yè)已形成示范引領(lǐng)，構(gòu)建起從技術(shù)研發(fā)到規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈條。據(jù)不完全統(tǒng)計，合肥市生物制造產(chǎn)業(yè)鏈已集聚企業(yè)數(shù)十家，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達百億級。

　　展望未來，葉邦策充滿信心?！吧茖W的進步從來不是一蹴而就的，從‘格物致知’到‘造物致知’的思維轉(zhuǎn)變，本身就是一場漫長的探索?！彼硎?，隨著大數(shù)據(jù)、AI、基因編輯等技術(shù)的持續(xù)迭代，合成生物學的理性設計能力將不斷提升，生物系統(tǒng)的可預測性會逐步增強。

　　“我們今天對合成生物學的理解，或許就像先民對發(fā)酵的認知——知道它有用，卻未必完全洞悉其原理。但正是這種‘有用’驅(qū)動著我們不斷探索，最終揭開生命的奧秘?！比~邦策在講座結(jié)尾說道，從2000年前的發(fā)酵技術(shù)到如今的合成生物，人類利用生物的本質(zhì)從未改變，但思維方式的革新讓我們擁有了改造生命、創(chuàng)造未來的無限可能。

　　轉(zhuǎn)自：艾瑞網(wǎng)

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