科大硅谷大讲堂叶邦策：从“读懂生命”到“创造生命”

2000 年前，人类就已经掌握了生物技术——发酵。

尽管先民们并不了解生物本身，也不了解微观世界，但那时人们就知道自然界中有一个现象，把粮食储存一段时间后，会发酵出酒精、奶酪和红酒等副产品。

所以站在时间维度上，人类一直把生物当作一种技术。

而今天，合成生物的出现，引发了一场关于生命科学的思维重构——从传统生命科学“自上而下”的“格物致知”，迈向合成生物学“自下而上”的“造物致知”。

1月30日，科大硅谷大讲堂第三十期在市政务中心小会堂举行，华东理工大学生物反应器工程全国重点实验室主任叶邦策，带我们重新解读了这次思维重构。

既见树木，又见森林

与其说，这是一次讲座，不如说这是一堂课。

偌大的讲台上，叶邦策依然保持着大学课堂授课的习惯——打开一张PPT，上面没有成堆的文字，只有一张清晰的思维导图。思维导图的标题是“生物学发展的认识论/方法论”，加粗的两个词是格物致知和造物致用。

“科学新成就和思维方式的变化带来了科学方法的重大变革，科学方法的创新也加速了科学技术的新突破。”拿着话筒，叶邦策从座位上站起来，从科学泰斗钱学森提出的系统论方法说起，“把理论和实践统一起来，达到从整体上研究和解决问题的目的。它既可以指导科学技术研究，又随着科学技术进步而不断丰富和发展……”

叶邦策的语速很快，但在分享知识点时会刻意地停顿。

“对生物学的深刻理解，或许会迟到、但绝不会缺席。”在叶邦策看来，合成生物学是一门整合酶工程、基因合成、基因测序、基因编辑等多种生物技术工具的系统工程。“这个诞生于21世纪初的名词，是生物学、工程学、化学和信息技术等相互交叉融合的新兴领域。相较于之前，合成生物学需要以整体的思想对生物系统进行研究，系统的研究方法能够让我们在研究过程中‘既见树木，又见森林’。”

或许是为了佐证观点，或许是为了让台下的听课者更好地理解，叶邦策以人类基因组序列研究举例——

对人类基因组的研究，已经有50多年的历史。最有名的研究项目，是1990年启动的“人类基因组计划”。2003年4月14日，多国实验室耗费10多年的时间和30亿美元的资金，完成了人类基因组计划的测序工作，首次绘制出了人类基因组的图谱。但是，当时人类基因组计划得出的序列中，仍然留下了大约8%的空白，其中包含了很多高度重复的DNA序列，加起来有一条染色体那么长。2022年，《科学》杂志一连上线了6篇论文，第一次公布了人类基因组的完整序列，重新弥补了空白。

“相较于20年前测序过程投入的人力物力，最新成果的获取成本降低了很多，这就离不开系统生物学的发展。”在他看来，合成生物学的崛起，本质上是一场生命科学的思维重构——从传统生命科学“自上而下”的“格物致知”，迈向合成生物学“自下而上”的“造物致知”。

“工程化造物”的科创引擎

去年11月，叶邦策课题组获得了新突破：解脂耶氏酵母创6-甲基水杨酸合成纪录。

生物学领域的专有名词生僻难懂，但却透露出一些与我们生活紧密相关的信息：生物医药市场又将迎来利好。

“聚酮化合物作为自然界最复杂的生物活性分子家族，其结构多样性赋予其抗菌、抗肿瘤、免疫调节等20余种药理活性。”叶邦策将聚酮化合物比作天然药库的“黄金钥匙”，“6-甲基水杨酸作为聚酮家族的最小成员，却拥有‘小身材大能量’的独特价值，对炭疽菌、葡萄座腔菌等植物病原体抑制率达90%以上。”

深耕领域数十年，叶邦策始终坚信，“造物致用”是合成生物学从实验室走向产业化的核心动力。他凭借深厚的科研积累与丰富的产业经验，见证了合成生物学从实验室里的“小众探索”，逐步成长为赋能医药、化工、农业、环保等多领域的“硬核力量”——从可降解材料的定向合成，到生物制药的效率革新，再到绿色能源的技术突破……

他说，合成生物学正以“工程化造物”的能力，为产业升级提供全新路径——

在医疗健康领域，合成生物学可以应用于药物的研究、开发和生产。通过基因编辑和合成生物技术，可以制造更安全、更有效的药物，满足人们对高质量医疗服务的需求；

在能源与环境保护领域，合成生物专业可以应用于生物能源的研究与开发。通过合成生物技术，可以制造出更环保、更可持续的生物能源，为保护地球环境，实现可持续发展做出贡献；

在食品工业领域，合成生物学可以用于改良食品的品质和口感，生产出更加健康、营养的食品；例如，通过改造酵母，使其能够合成更多的维生素和风味物质，提升面包、啤酒等食品的品质；

在农业领域，合成生物专业可以应用于作物改良、植物病虫害控制和生物农药创制等。此外，合成生物学还可以应用于日化美妆领域，例如通过合成生物技术生产天然香精、高级化妆品等……

虽然有人将合成生物视为“上帝之手”，“万物一切皆可合成”。

但叶邦策依然认为，合成生物学面临的主要挑战是缺乏理性设计能力，缺乏可预测性，不过大数据时代和工程化研究体系带来了新机遇。“通过‘黑箱+白箱’或者‘黑箱白箱化’进行‘定量合成生物学’的研究，最后形成认识生命、改造生命、设计生命、合成生命的工程应用。”

在探索中掌握“蓝图的法则”

从“读懂生命” 到 “创造生命” ，合成生物被视为“第三次生物革命”。

“在前进道路上，仍然面临着许多难点和堵点，生物系统的复杂性远远超出了我们的想象。”叶邦策认为，生物体内的基因、蛋白质和代谢途径相互交织，形成了一个庞大而复杂的网络。“我们对这个网络的理解还非常有限，很难准确预测生物系统在受到改造后的行为和变化。这就好比我们在一个黑暗的迷宫中摸索，每走一步都可能面临未知的风险。”

对于叶邦策来说，这次来肥分享，只是他多年科研教学活动中最寻常不过的一堂课。寒风料峭中，赶到现场聆听的受众不仅有高校学子，还有不少专业人员。

“套用一句网络流行语，‘合成生物的风也飘到了这里’。”一位到场聆听的投资从业人员表示，从科大硅谷微信公众号上获悉此次讲座后，第一时间扫码报了名。“这两年，合肥发展势头盛，来肥投资已经成为一种风尚，而生物制造也是投资的热门领域。通过这场学习，也让我更好地了解这一领域发展的‘前世今生’，也更看好这里的产业潜力。”

“合成生物学不是实验室里的孤芳自赏，产业落地才是检验价值的唯一标准。”事实上，合肥已将生物制造列为城市重点发展产业，政策倾斜为科研转化铺路。同时聚集了一批龙头企业，华恒生物、凯赛生物等企业已形成示范引领，构建起从技术研发到规模生产的产业链条。据不完全统计，合肥市生物制造产业链已集聚企业数十家，产业规模达百亿级。

展望未来，叶邦策充满信心。“生命科学的进步从来不是一蹴而就的，从‘格物致知’到‘造物致知’的思维转变，本身就是一场漫长的探索。”他表示，随着大数据、AI、基因编辑等技术的持续迭代，合成生物学的理性设计能力将不断提升，生物系统的可预测性会逐步增强。

“我们今天对合成生物学的理解，或许就像先民对发酵的认知——知道它有用，却未必完全洞悉其原理。但正是这种‘有用’驱动着我们不断探索，最终揭开生命的奥秘。”叶邦策在讲座结尾说道，从2000年前的发酵技术到如今的合成生物，人类利用生物的本质从未改变，但思维方式的革新让我们拥有了改造生命、创造未来的无限可能。