合成生物学（工程生物学）是生命科学领域的一门新兴交叉科学，被认为是理解生命的新钥匙（造物致知）和未来的颠覆性技术之一（造物致用）。
为进一步加强国内外合成生物学领域的交流合作，提高我国在合成生物学领域的国际地位，推动国内生物产业蓬勃发展， 2023 年 4 月 27-28 日第四届工程生物创新大会、第二届中国合成生物学学术年会、首届亚洲合成生物创新大会将在深圳光明科学城启幕，为推动中国与亚洲合成生物科学与产业发展提供交流平台，为加速深圳合成生物产业发展集聚贡献力量。
以下是北京化工大学学科办主任、教授袁其朋在第四届工程生物创新大会上的精彩致辞，由云现场整理。
感谢组委会的邀请，非常荣幸有这样的机会来介绍一下合成生物学生产医药化学品方面的工作。
主要从以下几个方面：
绿色生物制造现在已经成为可能，正在走向成熟，主要是因为合成生物技术给我们提供了巨大的发展空间，2022年9月12日拜登签署了《国家生物技术和生物制造的计划》预测到本世纪末会有30万亿美元的市场，生物工程可能占全球制造业的1/3以上，给我们规划了非常美好的前景，绿色生物制造实现原料路线的转移，合成路径的转移，同时可以创造出原来用化学合成方法做不出来的产品。
当然合成生物是任重道远，合成化学这个技术非常非常成熟，有一个会议上专家提出化学家过去创造了1.5亿个分子，发现了1.1亿个反应，由于化学家的贡献我们现在的物质文明完全是用煤炭、石油等不可再生的材料创造了现象物质文明，化学家做出了非常重要的贡献。
但是生物学家的贡献还不足够大，比如化学品的生产在中国大概1.2万亿美元，在生物制造这个领域里面发酵行业这个里面大概只有不到3000亿人民币，主要是生物技术还需要巨大的发展。
生命体的运行规律更加复杂，所以我们在1953年才发现了DNA双螺旋结构，后来通过人类基因组计划极大的提高了我们认识生命、了解生命的基本的运行规律，包括一些工具，基因编辑、测序、生命允许规律的认识，奠定了合成生物学的基础，所以合成生物学的发展与合成化学的发展时间上不在一个纬度，合成化学200多年的历史，合成生物只有几十年的历史。
一个高效的细胞工程可以改变一个产业，大家都知道比如合成化学里面都是单元操作，有各种各样的反映放到单元操作里面去。我们生物工厂是把所有的生物放到一个工厂，核心就是细胞工厂的背景，比如杜邦公司发酵乙酸丙二醇实现商业化。
工业化成功的案例仍然不是特别多的情况，所以青蒿酸耗资1亿多美元，构件细胞合成工厂是资金投入非常大的过程，我们国家细胞工厂的构建大多数集中在小的品种上面，缺少大品种的细胞工厂。
我们的合成生物学或者生物技术能够为人类做什么贡献呢？目前为止大家可以思考一下，我们在化工品里面，化工的原料里面“三苯”“三烯”产量都是在几千万吨的全球产量，比如像纯苯在5000万吨左右。生物化工有没有创造出类似的产品呢？也有，发酵做乙醇，全球将近1亿吨的产量，售价非常便宜。往下数，大宗产品比如赖氨酸、谷氨酸也是这样的产量。这些细胞工厂他们的产品售价不是特别高的情况，乙醇不超过10块钱一公斤，赖氨酸、谷氨酸都是10块钱一公斤左右的水平，所以他们能微生物产业做出重要的贡献。
如果将来做的产品价格非常高，实际上我们是跟化学是没有竞争力的情况，为什么生物技术仍然需要大的发展呢？一块是催化元件的缺乏，很多化学品的合成是做不出来的情况，刚才我讲了化学家创造了1.5亿个分子，1.1亿个反应。生物学家创造了多少分子和反应呢？我们不是特别清楚，我们发现的天然产物有大概50万个，我们已知的可能的生化反应是3点几万亿，现在发现了百分之9点多，这是基本的背景，我们是万分之一的水平，所以化学家可以合成出紫杉醇，主要是我们缺少生化反应缺少这个酶。
另外一个是高产困难，乙醇大概150克/升，碳收率50%左右，赖氨酸碳收率80%左右的水平。将来要去创造生物的时代，我们必须对标这些产品，我们才能为生物做出更大的贡献。
但是我们生物复杂性非常高，我们只能对有限的基因做改造，有一些可以实现高产有一些是很困难的，牵一发动全身，需要聪明的认识途径，细胞为什么需要这些产物呢？这是我们需要认识和了解的情况，需要从大数据、全局的角度考虑这样一个问题。
我们需要有高效的元件；物质、能量按需分配调控网络；理想的途径，这是高效细胞的因素。
我们讲一下我们做的工作，非天然途径的设计构建，挖掘酶的方法我们是用底物产物的类似性，或者相同的催化机理，我们做了一系列的工作，比如像反应效率挖掘了新酶之后反应效率提高了4倍。我们也挖掘了新的体系的合成酶。
通过这种方式我们创造了大概73个新的生化反应，为我们途径的设计奠定了一些基础。
三七素，三七里面止血的成分在植物里面的含量大概只有千分之一，三七粉也很贵，用它做提取不现实。天然的用发酵细胞工厂做它途径也没有解析，我们用化学的原理借鉴化学的方法设计这种途径，基于化学的方法我们对这个结构进行了解析设计了新的途径，挖掘了酶。现在三七素可以做到2.2克/升，我们争取半年之内做到20多克每升的水平，这样成本就会在几百块钱一公斤，为大规模的应用奠定基础。第一次把这个路径打通，也在科技部网站上进行了报道。
最大宗的产品之一就是对以酰胺基酚这个成分非常按照，孕妇和小孩都可以吃。现在化学合成法合成的产品是30多块钱一公斤的水平，我们争取把它做到50%左右的碳收率。用生物合成一个非天然的化合物，这个也在科技部网站上进行了报道。
如何实现高产我们也做了一系列的工作，我们做了智能的调控元件，比如群体感应，长多了长少了中间会有一些分子，我们屋里面坐1个人坐100个人感觉一定是不一样的，这个里面一定有信息分子在里面传递，我们能否利用这种信息分子进行控制呢，实际上还是有可能的，但是现在存在着科学方面的问题，比如调控，范围窄，比较同时调控多个代谢流，调控的机理也不是特别清楚，元件也比较缺乏。我们对元件进行了一系列的工作，通过这个改造之后建立了QS文库。
在这个基础上我们发酵水样酸，我们抑制细胞少长一点，把生长的上下游途径激活之后就可以打幅度提高产量。
我们构建了一个共培养的系统，我们构建了一个稳定的调控系统，为了高产我们用生物传感去调整它，这样我们的系统就是多代谢物交流，还有能量的交流，从而使这个细胞之间可以稳定的存在。
有一个例子，我们的发酵不受接种的控制，而且可以在发酵罐里面进行稳定的生产，所以这个发酵罐里面稳定的生产还是蛮难的过程，也取得了很好的效果。
我们也把共培养的体系放到三菌株里面去，把传统的产物进行生产，很多长途径的天然产物都是微克级的水平，我们由上游途径合成咖啡酸，然后总中游细胞合成松柏醇，下游合成花旗松素和水飞蓟宾，多模块协调适配。
我们也做了一系列的产品，熊果苷也建立了百吨级的生产线，突破了长期以来碳收率低的问题，现在碳收率达到40%，现在又有突破可以达到50%以上。
未来要做什么呢，我们相信合成生物学助力细胞工厂具有无限的潜力，但是需要做一系列的工作，一个是高效的酶，我们国家做酶，包括全球做酶并不是特别优秀的情况，还需要努力攻克，设计合理的途径。更重要的是进行网络的重构，深入理解细胞生长生产之间的关系，理解它为什么合成不需要的产品。医药、食品、化妆品等里面首先要实现突破，因为它的价格要高一些，30块钱以上的产品用这样的方法来做，就可以大规模的实现工业化生产。
原料的考虑，玉米现在国家是不够的情况，我们大概只有2.5亿吨的产量，需要从转基因的角度提高产量，包括秸秆、二氧化碳是否可以作为原料，还有塑料将来可不可以分解成单体之后再利用，这一块是我们未来需要去考量和需要去做的工作。
我的汇报就到这里感谢科技部基金委的支持，谢谢大家。
