神秘“造物”工厂会带来什么？专访合成生物大设施总工艺师司同

最近，位于深圳光明区的合成生物研究重大基础设施(下称“大设施”)的主体楼正式封顶。作为深圳十大科技基础设施之一，这一装置渐渐揭开了“神秘”面纱。“就像一座理性设计合成生命的高度自动化工厂。”近日，大设施总工艺师、深圳先进院合成所研究员司同告诉记者。

“造物”有逻辑

作为近年来新兴的热门学科，合成生物学是用工程化的理念和手段，制造有特定功能的生命体。

司同以计算机的制造作为类比。在制作时需要从原材料到元件、逻辑、器件、系统、体系等多个步骤。“在合成生物学中，可以将组成生命最基础的核酸、氨基酸看作原料，把它们组装成蛋白质、基因作为元件。此后，根据基因线路来设计，做成染色体多细胞器、细胞直至细胞生物体等。”他解释道。

谈起合成生物学的应用，司同以生产青蒿素举例。传统模式是通过种植黄花蒿，经过18个月生长周期，才可进行提取。而美国的Jay D.Keaslin院士通过构建一个人工酵母菌，集成合成青蒿素的相关基因，通过工业化发酵的方法，在几周之内就可产生大量青蒿素。“使用可控的100立方工业发酵罐，足以替代5万亩的传统农业种植。”司同说。目前，Keaslin院士正与先进院合成所进行合作。

除了农业种植之外，在全球范围内目前已经掀起了合成生物学在各领域创新创业的新高潮。针对传统的香料、食品、农业、健康、材料等产业，众多企业正通过工程化的方法，改造微生物、植物、动物等，形成相关功能及产品。

大设施全方位提高效率

然而合成生物学的难点也很明显：由于生命的高度动态复杂，目前仍缺乏理性设计方法。例如合成青蒿素的人工酵母研究，为找到“对的酵母”，只能依赖反复人工试错，从而花费了十年时间。

“必须使用机器，才能对一个复杂细胞系统进行定向进化，”司同说，“此前在美求学期间，我参与推出了学术界首个全自动合成生物平台iBioFAB。”

据悉，iBioFAB一改传统方法，不再需要研究人员在不同设备间传递样品，而是采用全自动合成生物平台，把所有生物的试剂和样品放进微孔板，用机器人替代人，在不同仪器设备进行串联。“从而把传统劳动密集型生物学研究，变成一个工业化方式。不仅造出具有特定功能的生命产品，而且可以掌握设计生命的原则。”司同表示。

如今，深圳在合成生物方面有了更加高度自动化的设施。2018年，中科院深圳先进院作为牵头单位，开始建设全球首个合成生物重大基础设施。

司同告诉记者，在合成生物设施“卡脖子”技术问题上，大设施采取进口引进与自主研发同步推进的方式，进行底层原理性方法的开发，通过各个行业专家协助，共同实现合成生物学自动化愿景。

“下一代自动化设施主要目标之一是实现功能岛间集成，即不同功能、不同工艺怎样相互连接。另一个是楼层功能集成，即怎么形成系统，包括样品制造完之后送到不同的楼层检测，甚至包括系统与人的互动等。第三是信息化，把相关设计变成数据，构建工业自动化或者工业数字化的框架。”司同表示。

（文章来源：读创）