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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，只需要傳統養殖業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。例如品行業巨頭雀巢正在研發將人類泌乳細胞在環境接近乳房的培養基中進行體外培養，經誘導后產出母乳。如此一來沒有條件進行母乳喂養的母親，就能獲得比配方奶粉更好、營養更還原的替代品。

（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酵后吐出來。合成生物學所做的便是把微生物放到培養體系中，模擬蜜蜂胃里發生的過程。

這么做的目的并非脫褲子放屁，大規模養蜂業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月中國農業科學院飼料研究所搞出來的耀眼大新聞「工業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產能，可以做飼料拿去養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境的化石能源（主要是石油）上，人們一直四處尋求可持續的新能源備胎。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??！高效清潔無排放。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？

化工和傳統的生物發酵工程都在解析、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，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，近年來更是連續發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年的發展目標和方向。2021年《美國創新與競爭法案》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年國家科技部發布了合成生物學路線圖，2020年“十四五”規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，將深刻改變世界經濟發展模式和人類社會生活方式。

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