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专访邓子新院士:去哪里寻找我国合成生物学的发展机会?

胡琦玥 2023-04-16 08:00

2023年5月5-7日,VB100、动脉网、蛋壳研究院主办,上海张江集团战略合作共同举办第七届未来医疗100强大会。

 

中国科学院院士,邓子新,确认出席第七届未来医疗100强大会并作“以合成生物学撬动大健康科技的颠覆性创新”主旨演讲,共同探索合成生物学与医疗大健康的创新科研碰撞。


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人物介绍:

邓子新,中国科学院院士(Member,CAS),发展中国家科学院院士(Fellow,TWAS),美国微生物科学院院士(Fellow,AAM),英国皇家化学学会会士(FRSC)。现担任微生物代谢国家重点实验室主任,中国微生物学会荣誉理事长,中国农业生物技术学会副理事长,全球工业微生物学会(GIM)主席。


为了深入了解目前我国合成生物学的发展,以及背后的行业痛点与创新机会,动脉网有幸专访到邓子新院士,并将采访内容记录如下:

 

形成上海、深圳、天津三大“高地”,行业期待政策、资本加持

 

动脉网:国内合成生物学技术近年来的高速发展取得了怎样的阶段性成果?

 

邓子新院士:在国家宏观战略指引下,近年来合成生物学研究和产业发展可谓高歌猛进。“十二五”之后,国家提出对生物制造技术的支持,到“十三五”国家将合成生物技术列为引领产业变革的颠覆性技术之一。此后国家又出台一系列政策支持合成生物的发展,“十四五”更是强调了对合成生物技术的应用,在政策的大力支持下的话,合成生物产业可以说是迎来了重要的发展机遇。

 

在国家和地方政府的大力支持下,我们国家已经形成了上海、深圳、天津三个合成生物学的研究高地和产业重镇。

 

上海可以说是中国合成生物学的发源地,近几年在酵母单染色体构建、微生物药物创制、DNA硫修饰及其在生物诊疗领域的应用开发、超级分子催化机器、合成基因线路与精准治疗、智能细胞药物工厂、光遗传学与疾病治疗、基因编辑新工具及基因治疗等研究领域取得了骄人成绩,整体进入国际合成生物学竞争快车道。

 

深圳非常突出的地方是建成了“合成生物研究重大科技基础设施”,在医学合成生物学领域,特别是基因合成等领域的技术快速发展开始与国际前沿并驾齐驱,天津则在突出在大宗产品的合成生物制造方面可谓“独树一帜”走在前列,例如从CO2合成淀粉等,是非常杰出的中国成果。

 

全国各地还有很多优秀的团队从农业、环境等领域,在合成生物学技术方面也取得了很多不错的成果。武汉“维生素E合成工艺创新取得重大突破”,颠覆了国外长期垄断的化学全合成维生素E技术,让我国的自主生产能力“从无到有”,焕然一新,成为2018年度湖北省十大科技事件并获得2019年湖北省科技进步一等奖, 成本优势巨大,生产过程也更加绿色环保,减少碳排放60%以上,已连续多年为湖北新增了20亿左右的产值。

 

但是在功能元件开发、途径及代谢调控网络设计、以及高性能底盘细胞创建等底层技术和源头创新方面,与国际先进水平存在一定差距。从CRISPR技术及其相关的基因编辑技术,均是我们还需要发力的地方,加强这些原始创新的技术积累,才能避免今后可能的“卡脖子”问题。

 

动脉网:在人才储备、资本热度、政策支持等方面,您认为可以怎样为该领域助力?

 

邓子新院士:政、产、学、研、用、金融等各方面的联动是行业当下急需的。很多初创企业在起步阶段较为艰难,人才是首要的,资本介入是必要的。例如基因治疗、细胞治疗等领域,不能只强调或强求短期经济效益,还应关注相对长期发展下可能催生的巨大经济和社会效益。政策方面,深圳与天津重视较早,目前各方面成果也是非常可观的。上海近年来从政府、社会、高校、科研院所等层面开始联动推进科技行动计划,未来将会建立起我国合成生物学领域从基础研究到产业推动的国际合成生物学高地。

 

需要:突破底层创新、探索预测性设计、AI与智能化的高效解决方案

 

动脉网:从实验室到工厂,合成生物学的科研成果转化可能会面临哪些困难?

 

邓子新院士:是的,合成生物技术使我们在实验室实现小分子化合物、如药品、健康产品的人工合成和绿色制造变得比早期更加得心应手了,但要实现大规模的生产转化,通常要迈过好多大“门槛”。

 

“以目的为导向的设计”非常理想化,而面临的挑战非常的大,目前仍然缺乏高效快捷的“预测性设计”的指导,合适的基因元件不好找,找到了也不容易进行 “削履适足”的改造 等等。从小试到中试,再到规模化生产,每一个步骤也都会面临重新探索与优化,因此在实验设计之初就需要考虑“可拓展性”。例如化合物是否对底盘细胞产生毒性?是否考虑对底盘细胞进行怎样的修改?引入的生产对象是否有利于提取?所以每放大到一个阶段,都会有每个阶段需要解决的实际科学和技术问题,都需要反复的“试错“。

 

能够开发通用性的合成表达系统至关重要,可以避免不同的底盘细胞对不同的合成基因通路匹配性的反复和低效的“试错“,通过有的放矢地改造底盘细胞的生产周期、经济环保等能够使生产工艺过程更加简单高效,解决“从升到吨”放大过程中的很多重要和关键的问题。

 

动脉网:在您看来,哪些新兴技术有望帮助合成生物学突破发展瓶颈?

 

邓子新院士:人工智能、智能化技术等与合成生物学的链接,有望帮助合成生物学突破当下的一些瓶颈,给研究产业找到更高效的解决方法,创造更丰富的机会。

 

人工智能方面,相关技术的需求会逐渐提升。当前人工智能技术在元件工程、代谢工程、基因工程中得到广泛应用,在合成生物学的各个环节中展现出“降本增效”的作用,扩大了研发的可能。以DeepMind的AlphaFold2为例,该平台目前可预测蛋白结构已经超过了2亿个,覆盖100万个物种,这让科学界有望设计出自然界不存在的、催化效率更高的、未知催化功能的酶,从而开发出更加高效的代谢线路。但我国对该项技术的应用还暂时局限在大肠杆菌和少数微生物中,且仍然在数据、算法、评估指标等方面存在很大的局限和挑战,所以人工智能技术未来会是一个充满潜力的突破口。

 

此外,智能化技术在合成生物学代谢工程的应用也越来越多。目前我们还不能直接设计十分复杂的代谢合成途径,而构建一个较为简单的代谢途径需要至少10个单独的DNA模块,这就意味着我们需要通过对不同模块进行合理的装配才能获得所需产物。这其中,手工构建耗时费力、不切实际,而智能化技术则能够在工程设计中提供高效、标准化的解决方案。目前国外已经有部分领先的智能化制造企业开发出了相应的合成生物学智能化解决方案,我们国内也有华大基因、汉赞迪等企业自主研发并推出了技术难度较高的智能化方案,打破了国外品牌的垄断。

 

合成生物学不是一门单纯的应用学科,利用不同学科的交叉融合,能够反向推动基础研究更深、更快、更健康的综合性、汇聚式发展,人工智能与智能化技术就是很好的例子。

 

保持技术前沿性、市场需求预见性,全产业联动打开万亿美元市场

 

动脉网:在生命健康领域,合成生物学能够在哪些应用场景下开发出自己的“高光时刻”?

 

邓子新院士:2021年,全球合成生物学市场规模达到736.93亿美元,相比2020年的84.96亿美元,增长了767.5%,合成生物学的发展迈入了快车道。从细分赛道来看,生命健康市场规模达到了687.24亿美元,占比超过93%。据麦肯锡预测,在2030-2040年期间,合成生物学每年在生命健康方面的潜在影响可达到0.5-1.2万亿美元,最终有望解决全球疾病总负担的45%。以我国去年6000亿人民币的疾病总负担金额来看,将有2700亿人民币的空间。

 

细胞疗法、RNA药物、基因编辑、体外检测、医疗耗材、药物成分生产等,在生命科学领域,合成生物学的应用非常广泛。

 

例如,合成生物学可以通过设计全新的细胞内代谢途径,让廉价的“糖”成为生物细胞合成药物的原料,或者针对不同的疾病或致病机制设计适宜的治疗性基因回路,以及在载体的协作下通过纠正有功能缺陷的代谢回路实现疾病治疗,等等,均是合成生物学未来在生命健康领域被期待的“高光时刻”。

 

动脉网:作为国内合成生物学领域的带头人,您想对行业内的创新企业说些什么?

 

邓子新院士:合成生物学虽然发展得很快,但还没有发展到“随心所欲”的地步。如果说2021年之前是行业的“婴儿时期”,那么现在算是进入了“幼儿时期”,行业上、中、下游的企业依旧面临众多的挑战。

 

上游产业主要攻坚底层技术、智能技术,为合成生物学产业规模化生产打下基础。在中游,企业主攻产品的研发到放大生产,以及技术平台搭建,目前已经形成了一定的规模。对于整个中上游企业来说,谁可以保持技术的前沿性,是发展的关键。对于链接终端客户的下游企业来说,识别市场需求是发展的基础,更重要的是建立对市场需求的预见性。

 

一方面,上中下游的企业需要定位企业自身所能,但更重要的是参与市场的整体联动。合成生物学是联动的、汇聚的、融合的,发挥自身优势的同时更要着眼产业,产业整体联动发展才能创造更多的机会与可能。

 

不论是以“目的”为导向的工程设计思路,还是以“应用”为目的的产品构建,都是在强调上下游的“对接”。在这个信息爆炸的时代,忽视工艺放大、脱离市场需求的研究开发始终无法实现价值转化,而往往向前迈出半步,就可能产生震撼性的效果。


注:文中如果涉及企业数据,均由受访者向分析师提供并确认。
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