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三、人造食品

人造肉的概念近年來同樣風風火火，它可能是公眾眼中最知名的合成生物學應用方向。遺憾的是，不管拿植物蛋白合成的肉，還是直接培養(yǎng)動物細胞，目前的人造肉口感上還和真肉有差距，價格也不便宜，消費者接受度一般。但由于人們對肉類的渴望遠沒有到頭，但凡大家還在對夜宵燒烤念念不忘，只需要傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)1%的土地和1%的水就可以生產出肉品的人造肉，還是有廣闊的前景。

另一些人造食品顯得更成功，更讓人期待。例如品行業(yè)巨頭雀巢正在研發(fā)將人類泌乳細胞在環(huán)境接近乳房的培養(yǎng)基中進行體外培養(yǎng)，經誘導后產出母乳。如此一來沒有條件進行母乳喂養(yǎng)的母親，就能獲得比配方奶粉更好、營養(yǎng)更還原的替代品。

（圖源：biomilq.com）

目前合成生物學能做到完全還原質地與口感的產品，是人造蜂蜜。自然環(huán)境下蜜蜂制造蜂蜜的方式就是把花粉吞下去，在胃里進行微生物發(fā)酵后吐出來。合成生物學所做的便是把微生物放到培養(yǎng)體系中，模擬蜜蜂胃里發(fā)生的過程。

這么做的目的并非脫褲子放屁，大規(guī)模養(yǎng)蜂業(yè)容易對野生蜜蜂種群造成沖擊，而把蜜蜂從蜂蜜的供應鏈中剔除，能夠更好地保護生物多樣性。

（不要蜜蜂造蜂蜜，真的不是吹牛bee，圖源：melibio.com）

倘若帶上不是給人吃的，就不得不提去年10月中國農業(yè)科學院飼料研究所搞出來的耀眼大新聞「工業(yè)化一氧化碳合成蛋白質」。這項合成乙醇梭菌蛋白的技術已經具備萬噸級的工業(yè)產能，可以做飼料拿去養(yǎng)殖場給豬牛羊雞吃了。

雖然細菌制造出來的蛋白不能完全代替豆粕，但還是有望緩解我國每年1億噸的大豆進口壓力。對保障糧食安全意義重大。

四、可持續(xù)新能源

近年來新能源的概念也逐漸滲入人們的日常生活，誰身邊還沒幾個開著新能源車，緊盯新能源板塊基金股票的朋友呢？為了不把身家性命綁死在會被用完且污染環(huán)境的化石能源（主要是石油）上，人們一直四處尋求可持續(xù)的新能源備胎。除了大家耳熟能詳的風能、太陽能外，生物能源也是一個重要的探尋方向。

例如默默無聞的植物其實是利用能源上很有一手。光合作用對空氣中碳元素的利用率接近100%，但整個過程的能量轉換效率非常低，一般在5%以下。合成生物學的腦洞就很大了，奇思妙想一個接一個——科學家探索將固態(tài)半導體光吸收器和一些細菌整合成半導體-細胞混合體系的可能性，讓生物能夠更有效地捕捉光能，轉移到糖類等物質中固定下來。

在另一些研究中，科學家試圖改進微生物對糖的利用效率，使得它們能夠將糖分轉化為汽油、柴油、乙醇等燃料。

一旦整條通路被打通，直接將空氣變成清潔燃料便不再是白日做夢。

現有的新能源技術與相關產品，能期待與合成生物學相配合的地方也很多：

例如氫燃料電池大家都說好?。「咝鍧崯o排放。唯一的問題是好貴，因為要用到一些貴金屬催化劑，搞得去年鉑金價格一路上漲。利用合成生物學，可以讓微生物把一些纖維素加工成具有指定孔隙，大表面積的水凝膠，去替代貴金屬（比如鉑），電池成本也就隨之降低。鉑金項鏈也能跟著便宜點買到，何樂而不為。

還有廢舊電池回收一直是個大難題，現有的方法二次污染大，回收有用金屬的效率也不咋滴。

電池回收受到高成本、高能量密度和苛刻處理條件的限制。改進微生物或無細胞系統(tǒng)的新方法可以通過多種化學物質來提高能量儲存的回收技術。如今人們已經發(fā)現一些特殊微生物非但不會被重金屬毒死還能倒過來利用它們。例如能夠利用鈷給自己做金屬盔甲保護自己的“鋼鐵俠”硫還原地桿菌。合成生物學正在試圖改進出更高效工作的菌種，為人們將廢舊電池中的重金屬元素提取并回收。

（大家正在指望“鋼鐵俠”細菌能回收鋰電池中的鈷，圖源：thehindu.com）

五、新型材料

人類對特殊生物材料抱有濃厚的興趣。比如蜘蛛絲開了掛一樣的機械性能，比如河里海里的貝類為什么能黏在巖石上，而我手里的固體膠一沾水就徹底完犢子？

化工和傳統(tǒng)的生物發(fā)酵工程都在解析、還原成分上一籌莫展，因為蛛絲蛋白、肌連蛋白等超高分子量的蛋白質信息量爆表了，普通細菌難以合成。此時合成生物學表示：我不跟你們折騰這些有的沒的。來人！給我把海洋貽貝的黏液分泌腺體摘出來養(yǎng)，或者我直接拿一些工程細胞來模仿這一過程，要么我把細菌基因改造到能接受這樣的信息量為止，然后從制造各種分子到組裝起來一條龍！

總之，合成生物學是新一輪生命科技研究必爭之地。

根據麥肯錫發(fā)布的數據，未來10到20年，合成生物學每年對材料、化學和能源的直接和間接經濟影響可能達到2000億到3000億美元。認識細胞并利用其內置或合成功能將會產生巨大的經濟影響。

美國對合成生物學的布局比較早，近年來更是連續(xù)發(fā)布了多份科技路線圖，包括“半導體合成生物學”“工程生物學”“微生物組工程”“工程生物學與材料科學”等，這些路線圖都更加關注跨學科的交叉融合，進一步明確了面向未來20年的發(fā)展目標和方向。2021年《美國創(chuàng)新與競爭法案》中，合成生物學位列關鍵競爭技術。

相應的，我國從2008年開始，中國科學院合成生物學重點實驗室在上海成立。2012年國家科技部發(fā)布了合成生物學路線圖，2020年“十四五”規(guī)劃又將合成生物學列入科技前沿領域攻關方向。

人類對自然造物的挑戰(zhàn)不光是多與少的較量，還在精密性上不斷突破自然生命的限制。

2020年，人造物質量已經大于1,100,000,000,000噸，超過了全球所有生物加起來的質量。

（圖源：參考文獻[13] ）

人類，已經成為塑造地球表面的主導力量。

但人類的目的不是顛覆自然，而是更好地與地球共存，長遠生存下去并過上更好的生活。

基于這一共同愿景，有著“第三次生物技術革命”之稱的合成生物學，注定成為下一個新的主導產業(yè)，將深刻改變世界經濟發(fā)展模式和人類社會生活方式。

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