由上海交通大学承办的第144期东方科技论坛“合成生物学基础前沿问题”研讨会，于2009年12月12日至13日在上海沪杏科技图书馆成功召开。会议聘请中国科学院上海生物工程中心杨胜利院士、国家人类基因组南方研究中心赵国屏院士、上海交通大学邓子新院士共同担任执行主席。国家自然科学基金委生命学部冯雪莲副主任、杨正宗处长，东方科技论坛理事会副秘书长、上海市科委副巡视员施强华同志，中国科技大学施蕴渝院士以及来自全国各高校、中科院相关研究所和国外研究机构的80多位专家出席了会议。16位专家在会上作了专题报告，与会专家围绕合成生物学基础前沿问题的中心议题开展了热烈、深入的讨论。
合成生物学是伴随着人类基因组计划的成功实施、在21世纪初兴起的生物学研究领域和工业生物技术领域最有活力的前沿技术之一。它在阐明、学习并模拟生物合成的基本规律之上，通过始于基因的人工设计并构建新的、具有特定生理功能的人工生物系统，为新型药物、功能材料或能源替代品等建立起全新的生物制造途径，以解决人类面临的资源、能源、健康及环境危机问题。“合成生物学”一词“synthetic biology”最早出现于1911年第33卷《科学》杂志论文。自1980年德国学者提出了基于DNA重组技术的合成生物学概念以后，生命科学的工程应用受到广泛重视，科学家与工程师们建立起一系列DNA分子的人工合成、基因的转移技术等方法与手段。合成生物学在2000年美国化学学会年会上被再次强调以来，迅速成为焦点领域：2004年合成生物学被美国麻省理工学院出版的《技术评论》（Technology Review）评 “将改变世界的10大新技术之一”；2005年美国首创了合成生物公司（Cellincon）；2007年加州大学伯克利校园创建了首个合成生物学系。美欧日等不断加大对合成生物学研究的投入，美国国家自然科学基金会2006年投入2000万美元资助建立合成生物学工程研究中心，欧盟2007年启动“合成生物学——新生科学技术引导项目”。国内外人士已有预言，系统生物学和合成生物学的迅速发展与藕联，将会导致全球新一轮技术革命的浪潮。
目前为止，我国在合成生物学领域尚未开展系统的研究。随着中科院于2009年1月11日在上海生命科学研究院植物生理生态所成立了我国首个合成生物学研究基地——中科院合成生物学重点实验室，我国的合成生物学正式踏上征程，将在已有的基因组学和代谢工程研究积累的基础上，融合计算机与系统科学原理，从零开始进行生物学元件、反应系统及至生物个体的设计、改造和重建的研究与技术开发，为解决我国能源、医药和环境等重大需求问题提供原始创新方案。
本次召开的“合成生物学基础前沿问题”为主题的高峰论坛，围绕合成生物学的发展趋势、我国开展合成生物学的研究对象与最佳切入点，以及如何发展和建立合成生物学新理论、新方法及相应的技术支撑体系等核心议题开展了深入探讨。
杨胜利院士作了“合成生物学的进展与展望”的主题评述报告，介绍了合成生物学的学术背景、内容与进展情况以及前景展望。杨胜利院士指出合成生物学正处于蓬勃发展时期，目前已经取得许多非凡的成就，并对合成生物学的研究方法，研究对象，应用领域作了全面介绍，提出合成基因网络将成为生物技术的下一波浪潮。杨院士指出，合成生物学的核心是合成、设计和制造，在经历合成生物学第一波浪潮——基本元件的构建后，国际上正开始踏入合成生物学的第二波浪潮：如何将这些元件组装成为一个生物系统。当前，合成生物学发展的关键是技术，诸如合成元件、组装模块、制备定向定量化分子机器、构建细胞工厂等，要注重新技术的发展和现有技术的充分利用。杨胜利院士强调合成生物学在对人类认识生命、重新设计及改造生物等方面具有重大的科学意义，合成生物学将会得到迅速发展，并将在能源、化学品、材料、医药、疫苗等领域得到广泛应用。
赵国屏院士作了“合成生物学—从科学内涵到工程实践”的报告。他认为合成生物学是继系统生物学之后，生物学研究思想在“分析”趋于“综合”、“局部”走向“整体”的认识基础上，上升至复杂生命体系“合成、构建”的更高层次；也是继以“原位改造与优化”为目的的基因工程技术和以“数据获取与分析”为基础的基因组技术之后，生物技术上升至以工程化“模型设计与模块制造”为导向的更高台阶。合成生物学需要解决的关键科学问题包括：(1)生物功能元件的测试、鉴定和标准化；(2) 细胞工厂的设计和构造原理；(3) 分子机器的设计和合成原理。其研究方向是：通过综合交叉基因组学、生物化学、生物物理和生物信息等技术和理论，建立合成生物学关键技术平台和研究体系，发展“合成生物学”的创新理论和工程技术方法。我国要针对国家在能源、环境、健康等方面的需求与挑战，聚集若干重要的生物学体系，实施面向生物医药、生物能源和生物基产品等重要生物产品的合成生物学理论与技术的基础研究，设计并合成相关的细胞工厂和分子机器。在具体实施中，一方面要建立合成生物学工程技术平台和研究实验体系，实现关键工程科学问题的重大突破，另一方面要揭示细胞工厂和分子机器的运行机理和构造原理，实现优化设计，提高元件、网络的合成能力和调控能力，实现虚拟（in silico）研究技术和实体（in vivo）研究技术进化的结合，尽早拿出实在的成果来。
上海交通大学白林泉教授作了“微生物次生代谢的合成生物学”的报告。他提出，微生物次生代谢是细胞初级代谢的有机延伸，除了显示出依赖于初级代谢的基本特征，也在不同程度地影响着初级代谢和细胞分化等过程，成为通过合成生物学研究微生物生理和遗传机理不可多得的一个简化系统。他结合邓子新院士课题组获得的部分研究成果，综述了国际上在微生物次生代谢领域运用合成生物学理念和方法的最新进展，并提出今后多层次、多尺度系统开展微生物次生代谢合成生物学的研究框架，指导我国众多重要医用、农用抗生素生物合成机理的阐明、产量提高和结构改造。
中科院微生物所的马延和研究员就“生物炼制细胞工厂的科学基础”作了报告。他指出，在可以预期的未来，在分子生物学、系统生物学、合成生物学快速发展的背景下，通过进一步了解基因组信息与基因表达、分子机器、代谢途径、代谢网络调控以及细胞功能重构原理，细胞能够完全地被改造，甚至能够被完全创造出来，从而构建出人造细胞工厂，为人类社会的可持续发展做出巨大贡献。
上海交通大学冯雁教授就有关“合成生物学中酶的分子进化与模块组装”进行了论述。他表示，整合现代生物学与相关多学科理论和技术对酶分子进行设计与改造，获取具有特定功能的酶元件，并进一步组装高效分子机器，实现对重要代谢途径的优化，建立非天然产物的合成路线，这对于合成生物学的发展具有重要的推动作用。
与会专家还分别就生物元件与路径的设计与合成、工程菌的基因组重构、分子进化分析对合成生物学的启示、合成生物学的设计、理论预测与试验研究以及合成生物学与代谢工程的关系作了报告。
专题报告引起了与会专家的热烈讨论。杨胜利院士指出，合成生物学是系统生物学和代谢工程发展到一定程度的必然趋势，合成生物学要与原有的学科技术结合起来发展，同时也要突出合成生物学的独特内涵，即设计、制造、系统整合。赵国屏院士提出，基础平台的建设将是我国合成生物学发展现阶段和未来较长时间内的一项重要任务，平台建立需要遵循“安全保存，尊重产权，信息流通，有效利用”的原则。施蕴渝院士指出，成熟的合成生物学要求对生物体系有深刻的认识，在目前要通过不停的尝试、失败、再尝试，以增强我们对生物体系的了解，获得最终的成功；当前发展合成生物学的关键是发展关键技术，如元件的设计方法、高通量DNA合成及高通量筛选技术等。邓子新院士指出,发展合成生物学必须遵循生物学发展的客观规律，模拟自然界的合成途径和合成方法，首先要求针对我们要发展的目标产品的天然合成步骤中的可塑性和不可塑性有充分的了解，积累相对应的相关元件，再开发相应的关键技术，对这些元件进行有效的组装与整合。我们可以首先抓住医药、能源能重要的大宗产品的合成途径，进行特定元件的设计、改造，争取逐步发展出一系列产品。在现阶段，我们可以先通过项目的形式对国内已有的各学科基础进行整合，使大家凝聚在共同的目标下。在此过程中，国内可能会产生若干优势研究单位，以这些优势单位作为平台，进行有效的学科交叉与整合，抓住有限的目标，在有限的时间内推动产生一些好的成果出来。邓子新院士特别强调酶的改造与进化技术，将在我国合成生物学的发展中扮演十分重要的作用。
杨胜利院士对会议做了总结，并就本次论坛中所涉及的几个重要问题发表了见解。
本次会议为国内合成生物学相关领域的专家们提供了交流的平台，围绕“合成生物学基础前沿问题”这一主题，与会专家提出了很多真知灼见，在合成生物学的发展趋势、我国合成生物学发展框架建议等方面达成了多项共识：
一、合成生物学主要建立在系统生物学和代谢工程的基础之上，是生命科学发展的必然趋势，它将创造解决生物医药、环境能源、生物材料等重大问题的新“生命”，为产业升级带来新的动力，从根本上改变经济发展模式。目前，国际上合成生物学虽然发展飞速，但总体尚处于初级发展时期，我国在生命科学与生物技术领域已积累起相当的研究基础，近年来更是呈现迅猛发展之势，应抓住这一历史性机遇，适时切入、开展合成生物学研究，以期在前沿领域取得创新优势。
二、对于我国合成生物学发展思路的共识是：鉴于合成生物学是一门集合生物学、物理学、化学、数学、信息学、工程学等多个大学科高度交叉的新兴学科，我国在发展过程中必须注重加强多学科人才培养、深化学科交叉、开展基础平台建设，这是合成生物学发展的重要内容。我国合成生物学发展的长远目标应该高度契合我国的战略需求，近期应该强调应用合成生物学的理念，聚集科学问题，实施有限目标、集合力量、抓住关键环节实现重点突破的策略。目前，我国可以充分利用现有的研究与技术基础，选择若干重要元件切入，开展相关合成与设计的新理论与新方法研究，构建可共享的生物元件资源并逐步扩大，未来逐步发展到合成模块的构建与分子机器的组装，直到建立可有效提升基因工程、蛋白质工程等水平，用于解决产业需求问题的合成细胞体系和合成生物模式。
三、合成生物学平台的建设是重中之重，要围绕“设计、制造和系统整合”的核心，重点建立合成平台（如DNA大片段拼接）、生物信息分析与结构设计平台、模式生物代谢平台（如大肠杆菌、链霉菌等代谢模式）等多个关键技术平台。
四、要在国内形成信息和资源共享协作网络，以若干优势单位作为节点，首先建立信息共享，其次通过签订协议建立资源共享，从共享国内成果逐步发展到共享国际成果，以有利于形成群体研究态势。
五、合成生物学研究在我国处于起步阶段，相关的基础研究迫切需要政策、资金的扶持。建议本市政府部门重视合成生物学，抓住发展机遇，对科学家凝炼的具有应用价值的合成生物学研究予以先期布点，培育出若干具有突破能力的生力军，逐步扩大形成上海在合成生物学领域的研究优势与创新技术系统。
在与会专家充分讨论的基础上，第144期东方科技论坛“合成生物学基础前沿问题”圆满落下帷幕。大家一致认为合成生物学作为生物学的前沿学科，在国际上已呈蓬勃发展态势，我国在相关研究方面已有很好的基础，应抓住“设计—制造—系统整合”等关键环节，加强多学科交叉和协作，把握机遇、积极筹划、加大投入，将我国合成生物学研究推向新阶段。
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