引领定量合成生物学发展，寻求“第五次工业革命”理论突破 ——刘陈立研究员荣获安捷伦思想领袖奖现场采访

“合成生物学”是近几年炙手可热的生命科学细分研究领域，有数据显示，预计到2025年，合成生物学与生物制造的经济价值将达到1000亿美元。《“十四五”生物经济发展规划》中也多次提及这一概念，并且明确提出要推动合成生物学技术的创新。2023年，安捷伦将“思想领袖奖”授予中国科学院深圳先进技术研究院刘陈立研究员，支持其在合成生物学创新研究方面的工作。刘陈立研究员是第七位获此奖项的中国科学家。

合成生物学是什么？在合成生物学研究中用到的仪器技术有哪些？合成生物学商业转化现状如何？安捷伦为何将“思想领袖奖”授予合成生物学领域的科学家？在这一领域安捷伦又有着怎样的布局？颁奖活动结束后，刘陈立研究员、中科院深圳先进技术研究院合成生物学研究所的罗小舟研究员，以及安捷伦全球副总裁兼大中华区业务总经理杨挺、安捷伦大中华区行业拓展与应用创新团队经理安蓉、安捷伦学术与材料行业拓展与应用创新团队经理冉小蓉博士一同接受了仪器信息网的采访。

安捷伦“思想领袖奖”颁奖现场

合成生物学三要素——理性设计、大尺度改造、标准化

中国科学院深圳先进技术研究院 刘陈立研究员

简介：刘陈立研究员长期从事合成生物学研究工作，在理论研究和应用领域都颇有建树，他致力于定量合成生物学研究，基于定量解析-合成重构的研究思路，聚焦复杂生物系统形成过程的基本原理，合成生物系统的理性设计原理等重要科学问题的研究。特别探索细菌生长定制的数学规律，以及基于再次开发的抗肿瘤的细菌新疗法。此次安捷伦授奖给刘陈立研究员，旨在支持由其利用合成生物学自下而上的构建合成细胞的创新研究。

合成生物学的概念自2000年出现，虽然已有二十余年的时间，但仍是一个相对较新的生物分支学科，很多人对于其概念并不十分清晰，甚至常常与生物工程、酶工程等概念混为一谈。对于此，刘陈立研究员作出了详细的解释：合成生物学的定义可分为狭义和广义。广义的合成生物学中，只要是非天然的、经过后天改造生产生物产物都是合成生物学的范畴，按照这个定义，酶工程、生物工程都属于合成生物学范畴。狭义的合成生物学具有更大尺度、更大规模的改造过程，包括设计、合成、测试、学习这样的闭环核心理念。比如原来表达一个指定基因去解决问题，现在则要对菌株或者宿主本身进行改造，让宿主变得更适合生产人们需要的目标产物，这里的改造尺度比原来生物工程更大。

他继续讲到，“合成生物学出现之初，其背后就有理性设计的意识，学科理念“造物致知，造物致用”，过去只是为了用，并不计较前期是否有理性设计，但现在强调理性设计。在美国，合成生物学被称为“工程生物学”，是把生物真正地工程化，这就有别于先“生物”后“工程”的生物工程。总结合成生物学的要素，第一是理性的或半理性的设计，第二是更大尺度的改造，第三是标准化、模块化。但目前而言，合成生物学和各个学科的区分还并没有那么细致，现阶段合成生物学作为下一代生物技术，就是理解生命、改造生命的过程，最终实现合成生物。”

“我认为合成生物学不是一个赛道，而是一个底层的基础理论和技术平台，赋能多个领域的应用。”刘陈立研究员总结道。

现代合成生物学的研究过程：设计+构建+测试+学习

中国科学院深圳先进技术研究院 罗小舟研究员

《“十四五”生物经济发展规划》中提到要推动合成生物学技术的创新，那么研究过程中具体包含哪些技术呢？一同接受采访的罗小舟研究员对此作出解答。

罗小舟研究员介绍道，合成生物学是一个交叉学科，它的技术不只局限于某一个领域或者某一个方向，而是覆盖了方方面面。在研究过程中，借鉴了工程学当中的理念——设计+构建+测试+学习。拿制造飞机来举例，要先构想、画图，这是设计环节；然后要把飞机造出来，这是构建环节；测试就是把飞机拿到风洞里面测试它承受风力或升力有多少；最后通过分析和学习这些数据，形成一个新的设计方案。这也是基于仪器的现代合成生物学的研究范式。

对于合成生物学来说，在设计层面，研究时更多地借助一些软件，这些设计软件又会十分依赖于仪器测量的结果，二者会形成联动。随着积累的测量数据越多，软件可以预测得越精准。

构建层面，就涉及对生命体的构建。最基础是DNA/RNA的合成，再上升一点，就是在DNA/RNA合成之后，对细菌做改造。这个过程需要用到很多自动化的仪器，比如移液工作站，用于细胞的转化、同步和生化分析等。

之后测试环节的一个重要的任务是考量前期的设计究竟是不是符合预期，需要通过测试得出结果。该环节会用到很多分析仪器和解决方案，包括安捷伦开发的基于色质谱的方法、组学的方法等，此外还涉及一些常规的测量工作，比如用酶标仪测荧光和紫外吸收、用显微镜去观察得到细胞等，这些都属于测试的环节。

最后是学习环节，该环节又需要借助软件的辅助。

简单把合成生物学研究分成这样的四个环节，会发现这实际上是关于物理层面、仪器层面的应用。分析检测仪器更多地在构建环节发挥作用，比如构建我们想要的菌株和细胞；此外，测试环节也会大量使用到科学仪器，以更快、更好地测试出结果。

对于这个问题，刘陈立研究员也作了补充。他讲到，“还是回到科学本身。定量合成生物学研究绝非仅凭单一一所实验室就能够实现突破，这需要许多实验室形成合力，是一个跨国界的大科学计划。现在中国科学院也在组织队伍一起来攻关，我们自己的实验室只能开展其中一小部分的研究，我们还要更多地同国内和国际同行们一起努力。合成生物学的目标很宏大，但是点滴的进步可能会带来巨大的收获。今天获得安捷伦“思想领袖奖”，我们也非常激动。感谢安捷伦对这么基础的、前沿的科学研究领域的重视，基础前沿科学问题得到解决，才能让合成生物学真正兑现大家对它的期望，才能创造生命，带来革命。”

合成生物学商业转化进程：处于早期 实现还需理论突破和效率提高

合成生物学是一种底层的技术，最终将赋能多个领域的产业发展。对于这项技术商业转化现状，刘陈立研究员这样看待：

“合成生物学被认为将带来第五次工业革命，以及第三次生物技术革命。最开始的两次工业革命，第一次是提高了效率，第二次是理论的突破，合成生物学真正要带来工业上的革命也是一样。现在的合成生物学还处于革命前期，但已经可以推动产业发展了，相关的应用如在食品领域的人造肉，医疗健康领域的mRNA疫苗、青蒿素等，但要真正带来革命，需要进一步提高效率和发现理论。

要提高效率，需要引入自动化和大平台设施，罗小舟研究员和安捷伦都在做这样的努力；而我们提出的定量合成生物学，就是为了去发现背后的理论，实现理论突破。当效率提高、理论突破，才有可能把大家美好的愿望——第五次工业革命，即合成生物工业的革命带进现实。”

合作推动技术创新和发展 构建合成生物学大生态

安捷伦全球副总裁兼大中华区业务总经理 杨挺

“安捷伦思想领袖计划”是安捷伦推出并一直在践行的一项重要的创新项目，在全球为生命科学、诊断学和应用化学领域的权威思想领袖的研究提供人力和物力的支持。

谈及对合成生物学领域的支持，杨挺这样解释：“我们十分看好合成生物学领域的发展前景，合成生物学正在掀起第三次生物技术革命，加之生物科技领域的研究正面临很多挑战，而合成生物学技术可以带来帮助。另外，合成生物学正在带动产业整体的发展，我们可以看到合成生物学在食品、农业、医药、环境、化工等诸多领域都会有很大的作为和前景。”

谈及获奖者刘陈立研究员，杨挺讲到：“刘陈立研究员是合成生物学领域内优秀的科学家。目前，深圳市已经建立深圳合成生物研究重大科技基础设施来带动整个行业的生态发展，而刘陈立研究员正是该设施的主要带头人。在全球范围内，他参与发起了一个涵盖12个国家和地区的国际设施联盟，以此推动全球合成生物学研究的进步。同时刘陈立研究员也是亚洲合成生物学协会的发起者和执委、中国生物工程学会合成生物学专业委员会副主任，在合成生物学这个领域，他是毫无疑问的优秀代表。”

杨挺表示，“我们希望跟刘陈立研究员和他的团队合作，推动我们在合成生物学领域相关的技术创新和进步，同时我们也希望借助他们这个平台，让安捷伦的整体解决方案在合成生物学领域有更多的探索，因为安捷伦目前也再致力于不断完善针对合成生物学的技术和方案。借助合作平台，我们将开发出适合中国的合成生物学研究方案，让更多该领域的合作伙伴加入，为合成生物学研究构建一个大的生态，真正能够推动整个产业或者行业的技术创新和发展。”

安捷伦大中华区行业拓展与应用创新团队经理 安蓉

安蓉补充回答到，“安捷伦关注合成生物学研究领域已经有很长时间了，早前安捷伦“思想领袖奖”已经颁发给了国外几位合成生物学领域内的领军人物，而在中国，近年来无论从研究领域、整个产业生态的互动，还是投资的活跃度，我们都看到了合成生物学市场热度的不断提高。今天刘陈立研究员获得该奖项，也是安捷伦在国内合成生物学研究领域一个十分重要的落地成果，我们希望借合成生物学蓬勃发展的东风，一方面让安捷伦的分析平台与方案能够更好地支持到刘陈立研究员的科研，另一方面，我们可以借此合作，更加深入地了解合成生物学用户需求，不断构建和完善应用技术和平台，最终为合成生物学研究和应用打造更加优化的方案。”

安捷伦合成生物学解决方案横跨全链条 领域拓展占有先机

安捷伦的产品线长，技术平台众多，因此在合成生物学领域已有一定的研究技术基础，包括传统的理化测试如色谱、质谱和光谱平台，安捷伦还有基因组学平台、近些年也通过收购或合作新增了细胞分析平台等。“安捷伦可提供的多技术平台进行组合，刚好契合合成生物学的研究需要。”安蓉介绍到，“具体而言，对应罗小舟研究员讲到的四个环节中，安捷伦的基因组学技术平台可以应用于设计环节的相关工作中；构建环节，细胞分析和基因组学等技术平台能够发挥作用；测试在整个研究过程中是不可或缺的重要环节，安捷伦的技术优势也可充分发挥，广泛的硬件和软件平台，覆盖从基因型、表型到细胞微生物检测，为合成生物学提供了各个层面的测试方案。

除了上述技术平台，安捷伦正在加大对实验室智能化、自动化的发展转型投入力度。据安蓉介绍，实验室自动化是安捷伦未来几年的一个重要发展方向，而自动化在提升合成生物学的研究效率中可发挥关键作用。

谈到安捷伦的技术平台在合成生物学研究中的优势，杨挺回答，“从业务本身来说，应用的产品都是固定的，更重要的是与刘陈立研究员团队合作过程中共同开发新的方案的过程。安捷伦不单单只关注合成生物学的科研层面的内容，而是希望更多参与到‘产、学、研、用’四个环节当中，并最终助力其实现商业化。虽然现在商业化很难，但我们也看到该领域出现了很多初创公司以及很多产业化的需求，从安捷伦的业务架构来讲，前瞻性研发的订单量大概占30%，企业订单占70%，所以我们希望更多地去思考如何把产业化的需求同底层的创新结合起来以更好地应用。”

安捷伦学术与材料行业拓展与应用创新团队经理 冉小蓉博士

冉小蓉博士补充到：“谈到优势，安捷伦本身的产品线比较全，在合成生物学研究的全链条环节中可以提供综合解决方案；另外由于安捷伦全球很早就关注合成生物学的研究和发展，对于了解该领域客户的想法、客户的需求以及方案的积淀，我们已经有了很多的基础。”

后记：在采访过程中，几乎所有受访者都提到了“自动化”一词。刘陈立研究员介绍中讲到全球云实验室和自动化方向在整个合成生物学领域中投资占比位居第二，约10亿美元规模；杨挺提到，标准化和自动化是合成生物学研究过程中两大技术难点；罗小舟研究员在颁奖活动上专门作了《高通量实验室自动化辅助的全通路进化》的主题报告，安蓉强调安捷伦将持续加大自动化领域的投入。

我们看到，近些年无论是实验室本身还是科学仪器都在大踏步进入自动化时代，有高通量设计和筛选需求的合成生物学研究以及后期产业化对于自动化技术平台的依赖更甚，这于自动化企业而言，正是发展的契机。

合成生物学已被国家置于重要的战略发展地位，我国在该领域的研究并不输国外，以刘陈立研究员为代表的科研团体正在不断创新突破，其定量合成生物学研究更是处于全球领先的水平。我们期待，合成生物学早日实现理论和技术突破，迎来商业转化爆发的第五次工业革命。

刘陈立研究员，罗小舟研究员与安捷伦嘉宾合影