合成生物学核心功能及技术原理介绍
发布时间：
2025-09-08
在8月29日深圳市七届人大常委会第四十次会议上，《深圳经济特区促进合成生物产业创新发展若干规定》（以下简称《若干规定》）获通过，这是深圳首次以“小切口”形式立法。
根据麦肯锡研究，到2025年，全球合成生物学与生物制造产值将达1000亿美元，2030至2040年间，其年度经济贡献有望达到1.8万亿至3.6万亿美元。 这项颠覆性的前沿技术，成为世界各国布局抢滩的产业要道，而深圳是中国合成生物产业的生力军。 近3年全国新增的合成生物企业，40%集聚在深圳，其中八成落户在光明。截至目前，深圳光明区已经集聚了超130家合成生物企业，总估值超400亿元，其中估值10亿元（含）以上企业达16家。
《若干规定》明确规定，支持药品生产企业使用合成生物技术替代动植物提取法生产药品，这意味着我们在申请药品审批时，沟通成本大幅下降，打消了我们之前的顾虑，也坚定了我们继续创新的信心和决心。
——森瑞斯生物科技（深圳）有限公司研发中心主任黎阳
核心功能：
合成生物学（SyntheticBiology）是一门在工程学思想指导下，结合生物学、工程学和信息学等多学科知识，对生物体或生物系统进行有目标的设计、改造或从头创建的新兴交叉学科。其核心在于通过人工设计构建，赋予生物体系新的功能或特性，解决食品短缺、能源危机、环境污染和健康等问题。
核心功能：
设计并构建新的生物系统：通过标准化生物元件（如DNA序列、蛋白质、代谢途径）的组合，创建具有特定功能的生物装置或系统。
改造现有生物系统：利用编辑技术（如CRISPR-Cas9）对现有生物进行改造，提升性能或赋予新功能。
解决实际问题：在健康、化工材料、农业、食品营养、环境保护等领域发挥关键作用。
技术原理与流程
技术原理：
标准化生物元件：将生物学组件（如DNA序列、蛋白质、代谢途径）标准化为可互换的模块（“生物砖”），以便组合和重用。
基因线路设计：通过设计启动子、阻遏子、增强子等调节元件及被调节基因构成的遗传装置，实现对细胞行为的控制。
底盘细胞选择与改造：选择合适的微生物或细胞作为宿主，通过基因编辑技术对其进行改造，以表达新的生物功能或提高特定化合物的产量。
系统生物学与计算建模：利用系统生物学理解生物系统的整体性和复杂性，通过计算建模和模拟预测生物系统的行为，优化设计。
设计-构建-测试-学习（DBTL）循环：
设计：基于工程学原理，利用生物元件库和计算机辅助设计工具，对基因、代谢通路或基因组进行理性设计。
构建：通过基因合成、组装技术，将设计好的生物元件组合成具有特定功能的生物系统。
测试：利用实验手段（如代谢产物分析、基因表达水平检测）评估构建的生物系统的性能，识别瓶颈环节。
学习：根据测试结果，利用人工智能和机器学习技术优化设计方案，进入下一轮循环。
应用领域：
1.医疗健康：
药物研发与生产：通过基因工程改造微生物或细胞系，生产蛋白质疗法（如抗体、酶）、疫苗和细胞疗法产品。
个性化医疗：基于患者的基因组信息设计个性化的药物治疗方案，提高治疗效果并减少副作用。
疾病模型与毒理学研究：通过基因编辑技术创建疾病模型，评估药物的安全性和有效性。
2.化工与材料：
生物基化学品与材料：生产生物塑料（如PLA、PHA）、生物燃料、生物基聚合物等，减少对化石能源的依赖。
环保材料：开发可降解的生物基材料，替代传统塑料和橡胶制品。
3.农业：
作物改良：利用基因编辑技术培育抗盐碱、抗旱、抗病虫害的作物品种。
微生物肥料与农药：开发环保的微生物肥料和农药，减少化学农药的使用。
植物生物反应器：利用植物生产疫苗、抗体、酶等生物药物，降低成本并提高安全性。
4.食品与营养：
食品添加剂与营养品：通过微生物发酵生产功能糖、蛋白质、多肽等生物活性物质。
人造食品：生产人造肉、人造奶等食品，满足环保和可持续需求。
结论
合成生物学作为一门交叉学科，具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。随着技术的不断进步和政策的支持，合成生物学将在医疗、农业、环保等领域发挥越来越重要的作用，推动人类社会的可持续发展。
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