張春育 中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所

一、 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

合成生物技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)取得突破，通過異源途徑組裝、集成和適配技術(shù)，實現(xiàn)了源于植物的抗瘧藥物青蒿素前體青蒿酸、抗癌藥物紫杉醇前體紫杉烯、玫瑰花香精、咖啡因的重組合成，不僅可以實現(xiàn)高等植物代謝途徑在人工細胞中的模擬，也可以實現(xiàn)不同來源代謝途徑在同一人工細胞中的模擬。大量復(fù)雜藥物的關(guān)鍵中間代謝物及其結(jié)構(gòu)類似物實現(xiàn)了人工細胞合成。多酶分子機器和微區(qū)化技術(shù)在纖維素利用、生物制氫、纖維素轉(zhuǎn)化淀粉等領(lǐng)域取得突破。這些技術(shù)可以避開底盤細胞內(nèi)復(fù)雜環(huán)境的影響，降低人工代謝通路組裝與功能測試的難度，提高了人工代謝途徑的設(shè)計效率，帶動了體外合成生物學(xué)興起。

我國合成生物學(xué)研究呈現(xiàn)出多點突破的良好態(tài)勢，在合成生物學(xué)的科學(xué)前沿、技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用技術(shù)和研究團隊等方面進步迅速。近十年來，在合成生物學(xué)領(lǐng)域，我國在國際期刊論文發(fā)表數(shù)量排全球第四位、專利排名第二，發(fā)展勢頭良好。在科學(xué)前沿方面，實現(xiàn)了復(fù)雜基因調(diào)控回路的構(gòu)建，構(gòu)建了有功能的人工合成線粒體，建立了用以描繪與染色質(zhì)組織相關(guān)的調(diào)控元件和反式因子的空間排布的新技術(shù)，建立了熒光探針及原位與活細胞成像技術(shù)，實現(xiàn)了在活細胞各亞細胞結(jié)構(gòu)中對細胞代謝的動態(tài)檢測與成像。在應(yīng)用技術(shù)方面，初步實現(xiàn)了基因網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)用于細胞和基因治療，建立了一大批植物珍惜天然化合物的微生物合成路線，創(chuàng)建了一系列重大化工產(chǎn)品的高效細胞工廠。我國合成生物學(xué)近幾年的發(fā)展呈現(xiàn)了良好的勢頭，具備了從基礎(chǔ)研發(fā)、平臺技術(shù)到工程化應(yīng)用能力，也培養(yǎng)鍛煉了一大批研究隊伍，在某些領(lǐng)域取得了重要突破。

二、天津市化工和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

天津市是我國重要的老工業(yè)基地、環(huán)渤海地區(qū)的經(jīng)濟中心?；瘜W(xué)工業(yè)、生物醫(yī)藥是天津市的支柱產(chǎn)業(yè)之一。

天津是中國現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)源地,是國內(nèi)重要的石油化工產(chǎn)業(yè)基地。經(jīng)過多年發(fā)展,天津石化產(chǎn)業(yè)已基本形成了石油天然氣開采、合成材料、化工新材料和精細化工等完整的產(chǎn)業(yè)體系，實現(xiàn)了用現(xiàn)代石油化工提升改造傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)。2014年全市石化企業(yè)1230家，資產(chǎn)總額3842億元，從業(yè)人員15.7萬人；全年實現(xiàn)產(chǎn)值4442億元，約占全市工業(yè)的16%；利稅總額933億元，約占全市工業(yè)的37%。

生物醫(yī)藥作為21世紀(jì)的 “朝陽產(chǎn)業(yè)”，近年來，天津市相繼出臺《京津冀生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)化示范區(qū)優(yōu)惠政策》、《天津市生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃（2015-2017年）》等一系列政策措施，為我市生物醫(yī)藥化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了政策支撐和保障。2015年天津市獲批國家自主創(chuàng)新示范區(qū)和自貿(mào)區(qū)，著力打造包括“生物醫(yī)藥”在內(nèi)的四大先進制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群，力爭形成低成本、全要素、便利化、開放式的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化新高地。

天津有中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所、天津大學(xué)、南開大學(xué)、天津科技大學(xué)等一批重點院所，在生物、醫(yī)藥、化工領(lǐng)域研究基礎(chǔ)雄厚。近年來，天津積極引進相關(guān)領(lǐng)域高端人才團隊，相繼吸引天津國際生物醫(yī)藥聯(lián)合研究院、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院天津濱海新區(qū)科研及成果轉(zhuǎn)化基地、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院天津分院等一批國家級機構(gòu)落戶天津。中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所、天津大學(xué)等牽頭實施了國家973、863等一批高端科技計劃，天津已經(jīng)在合成生物技術(shù)、生物醫(yī)藥、生物化工等領(lǐng)域成為引領(lǐng)國家科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略力量。

三、天津市發(fā)展合成生物產(chǎn)業(yè)的必要性

（一）融入五大發(fā)展理念，開創(chuàng)顛覆人類現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)的新紀(jì)元

合成生物技術(shù)以工程化的理念和方式，通過標(biāo)準(zhǔn)化、自動化的過程，對現(xiàn)有自然生物體系進行改造和優(yōu)化，甚至從頭合成創(chuàng)建具有特定功能的人工生物體，實現(xiàn)在醫(yī)藥、化工、食品、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、能源、材料等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，將成為產(chǎn)業(yè)變革的重要推動力，促進社會可持續(xù)發(fā)展方面，提供全面技術(shù)支撐。

通過重新設(shè)計組裝物質(zhì)合成途徑，構(gòu)建高效的人工生命體系，1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、異戊二烯、丁二酸等重大化工產(chǎn)品已經(jīng)走出石油路線，青蒿酸、阿片類藥物、紫杉醇、人參皂苷等植物天然藥物逐漸擺脫傳統(tǒng)的植物種植與生產(chǎn)模式，一大批化工產(chǎn)品、材料、能源等化學(xué)品的綠色生物制造路線以及藥物、食物等的綠色高效生產(chǎn)途徑正在不斷成為現(xiàn)實，將大幅度提升工業(yè)生產(chǎn)的綠色化水平以及農(nóng)業(yè)工業(yè)化水平。基于合成生物技術(shù)的醫(yī)療診斷、生物治療，為疾病的診斷、干預(yù)和治療提供新型可編程的生物治療方案，創(chuàng)建疾病診療的新智能模式，有望徹底實現(xiàn)遺傳疾病、艾滋病、惡性腫瘤等疾病的康復(fù)治療，將促生傳統(tǒng)醫(yī)療模式和診療體系深刻的變革，顯著提升人類的醫(yī)療健康水平。合成生物技術(shù)的發(fā)展以及與大數(shù)據(jù)的結(jié)合、納米智能仿生等，將創(chuàng)造新的生產(chǎn)模式和產(chǎn)業(yè)形態(tài)，開創(chuàng)一個財富增長新紀(jì)元，對于國家安全、經(jīng)濟建設(shè)和區(qū)域發(fā)展，都具有重大戰(zhàn)略意義。

（二）搶占產(chǎn)業(yè)制高點，打造中國可持續(xù)發(fā)展的新亮點

美國、歐洲等發(fā)達國家紛紛將其作為大國博弈的戰(zhàn)略需要、提升國家科技創(chuàng)新能力的重要途徑和獲取未來科技經(jīng)濟競爭優(yōu)勢的重要領(lǐng)域，給予大量投入，以優(yōu)先搶占科研制高點。2005-2010年，美國投入4.3億美元、歐洲投入1.6億美元加強合成生物體系研究；2012年，美國在《生物經(jīng)濟藍圖》中把合成生物學(xué)作為重點發(fā)展的新興技術(shù)；2014年美國國防部成立3個合成生物學(xué)研究中心；2014年德國馬普學(xué)會建立合成生物學(xué)研究網(wǎng)絡(luò)。我國政府高度重視合成生物技術(shù)研究。2011年，溫家寶總理指出，“在生命科學(xué)領(lǐng)域，對生命起源和進化的探索，開辟了合成生物學(xué)這一新領(lǐng)域，打開了從非生命化學(xué)物質(zhì)向生命物質(zhì)轉(zhuǎn)化的大門，可能引發(fā)人類健康、生物經(jīng)濟和資源環(huán)境領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)革命”。劉延?xùn)|副總理在兩院院士大會的講話中指出，“在若干可能發(fā)生革命性突破的科學(xué)方向上，比如人造生命和合成生物學(xué)等，力爭率先提出和開拓新問題、新理論和新方向”?？萍疾恳呀?jīng)先后啟動了10項973計劃項目和1項863計劃重大項目，國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院也通過不同方式，資助了數(shù)10項合成生物學(xué)項目，使合成生物學(xué)研究在我國得以迅速發(fā)展，不斷突破。

（三）升級天津工業(yè)化水平，夯實美麗天津建設(shè)基礎(chǔ)

在“十一五”期間，實現(xiàn)重點行業(yè)污染物產(chǎn)生量減少，減排化學(xué)需氧量(COD)約200萬噸，降低能耗10%以上，節(jié)約用水10%以上，減少糧食使用約1000萬噸。當(dāng)前，天津處于工業(yè)化進程加速時期，面臨著嚴(yán)峻的資源與環(huán)境壓力，迫切需要推進CO2減排，貫徹實施“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念，構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會。合成生物技術(shù)的進步，將有利于天津傳統(tǒng)化工、制造等行業(yè)擺脫能耗高、物耗高、污染嚴(yán)重等困境，實現(xiàn)相關(guān)制造產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。合成生物產(chǎn)業(yè)立足于天津特色創(chuàng)新發(fā)展，將成為拉動區(qū)域和中國經(jīng)濟騰飛的重要引擎，實現(xiàn)節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟發(fā)展的目標(biāo)具有重大戰(zhàn)略意義。

（四）瞄準(zhǔn)國家區(qū)域戰(zhàn)略定位，開創(chuàng)天津和京津冀一體化產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的新路徑

作為深入貫徹落實京津冀協(xié)同發(fā)展重大國家戰(zhàn)略和習(xí)近平總書記“2·26”重要講話、推動京津雙城聯(lián)動發(fā)展的重要舉措，利用合成生物領(lǐng)域北京現(xiàn)有基礎(chǔ)及科技創(chuàng)新和人才優(yōu)勢，在生態(tài)、產(chǎn)業(yè)兩個領(lǐng)域率先突破，調(diào)整雙城經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，以合理的資源配置方式，破解北京城市發(fā)展難題，推動北京天津可持續(xù)發(fā)展，促進京津冀區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，共同形成綠色可持續(xù)發(fā)展新經(jīng)濟增長模式。

四、加快發(fā)展天津市合成生物產(chǎn)業(yè)的具體建議

（一）建立合成生物產(chǎn)業(yè)項目審批的綠色通道

當(dāng)前，生物合成產(chǎn)業(yè)即生物制造產(chǎn)業(yè)如生物發(fā)酵、生物轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域在天津項目立項、環(huán)評等前置審批過程中等同于傳統(tǒng)化工產(chǎn)業(yè)，8.12瑞海爆炸后由于對于化工項目審批更加嚴(yán)格，嚴(yán)重限制生物合成領(lǐng)域成果在天津落地轉(zhuǎn)化，希望政府協(xié)調(diào)相關(guān)部門能夠區(qū)別于傳統(tǒng)化工產(chǎn)業(yè)，在審批流程和政策上予以支持，建立生物合成制造產(chǎn)業(yè)項目審批的綠色通道，為項目提供能源、環(huán)保等條件保障。

（二）加強頂層設(shè)計，力爭建設(shè)國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心

依托天津市在化學(xué)工業(yè)和制造工業(yè)雄厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和對轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的迫切需要，由較強實力的科研院所和大型企業(yè)集團通過創(chuàng)新機制共建國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心，通過布局條件平臺、前沿基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究的全鏈條設(shè)計，發(fā)展生物化工、生物制造共性關(guān)鍵技術(shù)，以合成生物學(xué)育成顛覆性生物合成產(chǎn)業(yè)技術(shù)，促進政產(chǎn)學(xué)研用金多種創(chuàng)新要素的有效融合，推動天津傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，促進社會經(jīng)濟綠色可持續(xù)發(fā)展。

（三）培育生物合成產(chǎn)業(yè)示范區(qū)樣板

按照“整合資源、優(yōu)化環(huán)境、產(chǎn)業(yè)配套、功能完善”的規(guī)劃原則，規(guī)劃設(shè)計并培育樣板式的生物合成產(chǎn)業(yè)示范園區(qū)，引入政府、社會、產(chǎn)業(yè)資本，以創(chuàng)新的體制機制，以集約化、專業(yè)化、高端化和綠色發(fā)展為方向，通過合理的機制遴選和引進一批合成生物領(lǐng)域重大顛覆性技術(shù)在示范園區(qū)聚集轉(zhuǎn)化，打造工業(yè)經(jīng)濟綠色轉(zhuǎn)型升級的可復(fù)制可推廣產(chǎn)業(yè)示范新模式。從產(chǎn)業(yè)培育、集聚到裂變效應(yīng)，充分匯聚天津創(chuàng)新發(fā)展新動能，成為示范樣板服務(wù)天津市和全國經(jīng)濟社會的轉(zhuǎn)型發(fā)展。

在園區(qū)建設(shè)上應(yīng)以大企業(yè)帶動產(chǎn)業(yè)壯大和基地建設(shè)，同時廣泛吸收外部優(yōu)質(zhì)資源參與園區(qū)建沒，有力促進要素資源的優(yōu)化重組，加快形成一批以龍頭企業(yè)為引領(lǐng)、產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品為鏈條、大中小企業(yè)緊密配套的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)集群，打造合成生物產(chǎn)業(yè)科普、展示、宣傳、推廣示范的標(biāo)志性園區(qū)，打造區(qū)域融合發(fā)展新格局。

（四）設(shè)立“生物合成創(chuàng)新重大專項”，提升區(qū)域核心創(chuàng)新驅(qū)動力

設(shè)立“生物合成創(chuàng)新重大專項”提高生物合成和生物制造產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新能力和生產(chǎn)技術(shù)水平，培育一批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，水平達到或超過世界先進水平，提高國際競爭力。生物合成產(chǎn)業(yè)要進一步把創(chuàng)新放到更加重要的突出位置上來，加強產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力建設(shè)，促進產(chǎn)業(yè)技術(shù)的系統(tǒng)化和集成化，通過技術(shù)研發(fā)、示范、推廣相結(jié)合，充分發(fā)揮核心成熟關(guān)鍵技術(shù)的支撐作用，帶動產(chǎn)業(yè)競爭力的整體提升。

（五）依托北京優(yōu)勢資源，加大力度建設(shè)生物合成產(chǎn)業(yè)支撐平臺、技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化服務(wù)平臺，開創(chuàng)京津雙城聯(lián)動發(fā)展新路徑。

合成生物技術(shù)創(chuàng)新所建設(shè)必需的包括機器人工作站、基因元件庫、模塊化中試平臺在內(nèi)的先進儀器設(shè)備和技術(shù)共享平臺體系，形成具有國際競爭力的合成生物創(chuàng)新共享技術(shù)平臺，占領(lǐng)合成生物學(xué)創(chuàng)新制高點，形成良好的聚集效應(yīng)。

依托天津濱海―中關(guān)村科技園、中科院天津產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與育成中心等轉(zhuǎn)化服務(wù)載體，把中科院和北京中關(guān)村的生物合成領(lǐng)域的科技創(chuàng)新資源和天津的先進制造優(yōu)勢緊密結(jié)合起來，引導(dǎo)中科院和中關(guān)村的創(chuàng)新資源向濱海新區(qū)和天津市輻射轉(zhuǎn)移，貫通創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、政策鏈、資金鏈，培育一批以企業(yè)集團、科技園區(qū)為載體的生物制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實體。

綜上所述，加快發(fā)展合成生物產(chǎn)業(yè)，是天津市傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，走新型工業(yè)化道路的重大布局大機遇。在新的科技革命突飛猛進、經(jīng)濟全球化深入發(fā)展、資源環(huán)境制約越來越突出的情況下，天津市應(yīng)該突破傳統(tǒng)工業(yè)化模式，走一條科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少的新型工業(yè)化道路，改變經(jīng)濟增長軌跡和舊有格局，確保經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。