作者：赵国屏、刘陈立
合成生物学从学术界“出圈”
9月底，北京香山，召开了以“定量合成生物学”为主题的学术讨论会(香山科学会议第S64次学术讨论会) 。40余位在“系统生物学”、“合成生物学”、“定量生物学”等领域卓有建树的学者围绕合成生物学的基础理论研究、技术创新和工程应用以及我国在合成生物学领域的发展战略，针对“合成生物学使能技术”、“‘黑箱’理论与人工智能”、“多尺度‘白箱’定量理论”和“合成生物学的医学与工程应用”4个议题展开深入而具有建设性的研讨 。
如果说这还只是合成生物学发展脚步渐疾的“常规学术动静”，那么下面发生的事情，就一定不是偶然了 。
据不完全统计，目前已有广东、湖北、云南、甘肃、北京、上海、山西、江苏、天津、浙江、海南、内蒙古、宁夏、黑龙江、河北等15个省(区市)发布了科技创新“十四五”规划 。我们研读发现，其中有10个省(区市)科技创新“十四五”规划均明确提到有关合成生物学的规划和意见；虽然侧重点各有不同，但强调合成生物学技术创新，并以其引导产业提升甚至产业革命的核心理念基本是一致的 。
比如，在《广东省科技创新“十四五”规划》中，提出将合成生物学领域作为“前沿技术和颠覆性技术研究”实施研发专项 。广东省还在行动计划中明确，要“提升合成生物系统的定量可预测设计能力”“推动合成生物技术在工业生物智造、疾病诊疗、环境安全、能源安全与国家安全等领域的颠覆性前沿技术创新与工程化应用” 。
【定向进化|我国迎来定量合成生物学发展重要契机】显然，“政”“学”呼应之下，合成生物学即将呈现出的“研”“产”“用”并举的发展格局 。另一方面，如果从这一发展格局视角出发，总结合成生物学发展过程中积累的经验教训，也不难“倒逼”出合成生物学发展的科技战略布局，特别是真正认识到其核心理论与技术工程平台的突破，将在我国科学进步与经济发展进程中承载重要使命 。
破解合成生物学瓶颈问题
合成生物学理念有两个缘起，一是从合成化学开始，经基因重组技术带来的“人工合成生命”愿景到本世纪初全人工合成基因组支原体Synthia的诞生所形成的以合成人造生命为目标的理念 。另一方面，则是基于本世纪初采用生物元件-底盘构建逻辑线路成功的突破，将工程科学的“设计-合成-测试-学习”理念引入生命科学，形成了以采用工程科学策略改造或创造人工生命系统的学科，也被称为工程生物学 。经过过去20年的实践，这两个理念不断融合，可以把“合成生物学”综合为以工程科学理念研究生命，实现生命过程工程化和工程化合成人造生命体系这样一个高度交叉融合的前沿学科 。合成生物学的任务是用知识达到构建事物的目的，以增进人们对工程生命体与自然生命体的基础认识 。
合成生物学通过从头设计复杂生命体，为认识和改造生物提供“自下而上”的理论指导(即“造物致知”)，进而为相关重要科学问题的解决带来新机遇，因此成为当前生命科学发展的前沿热点之一 。然而，合成生物学也面临着重大挑战，即缺乏可预测性设计(或称“理性设计”)的指导，这也是制约合成构建更复杂、更可控的生物系统的关键瓶颈 。
众所周知，无论是构建具有新功能的生物系统，还是重构、改造现有生物系统，都需要具备“基于理解生命系统规律的理性设计能力” 。迄今人们对于生命系统规律的理解，采用的是系统生物学的方法，即采用分析(还原论)与综合(系统论)的手段，直接探究生命系统形成发展运动的规律 。由于生命是一个超级复杂的系统，其运行的规律基本是非线性的，因而对于其规律的工程化抽象，不仅困难，甚至是“难以企及”的 。因此，在上世纪80年代，一批学科交叉的学者们用一种全新的，统一的视角来认识复杂系统，大量运用隐喻和类比的方法，寻找不同系统之间的共性，提出了“涌现”的概念，就是指系统中的个体遵循简单的规则，通过局部的相互作用构成一个整体的时候，一些新的属性或者规律就会突然在系统的层面诞生 。我们认为对生命功能涌现性的理解将使得合成生命体系的理性设计真正置于工程科学理论之上 。而这种超越现象描述、寻找生命体系在各个层次过渡态上发生“涌现”的定量规律，正是合成生物学构建其自身理论架构，从描述科学与实验科学转变为理论科学的核心 。
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