合成生物学是一个新兴的多学科交叉前沿领域，其科学性和应用价值受到社会广泛关注，被认为是生命科学研究的一种新范式（造物致知），是生物技术迭代提升、生物制造变革性发展的核心驱动力（造物致用）。
回顾合成生物学的发展历程，我为这一领域的迅猛发展而赞叹。从最基本的生物元件标准化，到生物线路的设计与构建，再到生物体系的优化与调控，逐渐实现对生命体系的理性设计与编辑，开拓了生物技术新天地。合成生物学创新应用向医学、工业、农业、能源、环境、材料、信息等领域的迅速拓展，驱动下一代生物制造与未来生物经济。
合成生物学的发展远未到达巅峰，随着合成生物技术迭代发展，赋能应用不断拓宽，必将在未来生物经济振兴中发挥核心作用，为全球可持续发展提供全新解决方案，而《合成生物学路线图2030：驱动下一代生物制造的引擎》（合成生物学发展战略研究组编. 北京：科学出版社，2024.5）的出版将为合成生物学未来学科建设和产业发展提供重要参考。
杨胜利
中国工程院院士
2024 年5 月
2009～2011 年，中国、美国和英国三国的科学院和工程院共同组织了历史性的“三国六院”合成生物学系列会议，全面讨论合成生物学的内涵、意义、技术、平台和政策。此后，主要发达国家纷纷制定并发布了相关发展路线图和战略报告。这些路线图和报告成为2023 年美国发布《国家生物技术和生物制造宏大目标》的主要参考。该计划将合成生物学称为“新兴生物技术”，强调其宏大目标的实现有赖于“合成生物学与人工智能的突破”。
中国高度重视合成生物学的发展。科学技术部从973 计划和863 计划的前期布局到“十三五”重点专项的系统性布局，以及“十四五”规划的强化支持，极大地提升了中国合成生物学研究实力，使中国成为国际合成生物学领域的主要力量之一。新时期，生物制造与生物经济被列为国家战略，迅速成为全社会的关注点。国家发展改革委员会发布了中国首部生物经济规划《“十四五”生物经济发展规划》，科学技术部部署了合成生物学、绿色制造、生物与信息融合（BT 与IT 融合）等多个重点研发专项，一些地方政府也纷纷设立合成生物学和生物制造专项，部分地区还设立了政策配套的产业园区，培育了一大批初创企业甚至上市公司，投资人也踊跃跟进。“合成生物学-生物技术-生物制造-生物经济”主轴正在为实现科技强国和人类共同发展目标奏响一支新的主旋律。
为了对合成生物学领域的未来发展作出前瞻性思考和战略谋划，中国生物工程学会开展了面向 2030 年的合成生物学发展战略研究，具体由合成生物学分会组织实施。
▲ 合成生物学发展战略研究和工作组
中国生物工程学会合成生物学分会（以下简称“分会”）是“中国合成生物学科技工作者之家”，汇聚了中国合成生物学领域的主要专家学者。为了完成这项重大的学术任务，分会成立了研究组和工作组。研究组包括来自40 余家高校和科研单位的100 余位重量级学者及一批企业界人士；大家在充分参考各国发布的合成生物学路线图和战略报告的基础上，结合领域研究进展，反复深入讨论形成初稿，同时咨询了30 多位中国科学院和中国工程院学者及资深专家后，撰写出《合成生物学路线图2030：驱动下一代生物制造的引擎》（合成生物学发展战略研究组编. 北京：科学出版社，2024.5）。
本书内容分为“3+1”共4 个方面。
▲ 合成生物学学科体系架构
一是理论框架。迄今，国际上已经发布的路线图尚未体现理论部分。中国学者通过多年科学实践和“香山科学会议”等学术活动，形成重要思路及共识，在本书中进行了理论探讨，包括两大部分：合成生物学多尺度理论框架、合成生物学与人工智能。这是本书的一个特色。
二是使能技术。重点凝练了12 类技术方向，包括：DNA 测序、合成与组装，基因编辑，蛋白质设计，基因线路，底盘细胞，无细胞体系，人工多细胞体系，类器官工程，非天然编码与合成生物体系，生物-非生物杂合体系，生物自动化铸造工厂，元器件资源与信息平台。通过研讨，本书对技术的迭代发展水平及目标做出至2030 年预判。与国际上已有的路线图相比，体现了新的进展，适当拓展了内容、调整了部分目标。
三是应用展望。包括两部分：单细胞从头合成（造物致知），这是多种合成生物学使能技术的集中体现，它不是一般意义上的应用，而是要实现一个具有极大挑战性的科学与工程目标；合成生物学促进生物制造与生物经济（造物致用），作为合成生物学在工业、医药、农业、食品、环境、信息交叉等领域应用的导读。
四是保障能力与治理原则。涉及合成生物学的伦理考量、法律监管、人才培养、资金保障、学术组织与国际交流、公众科普等，提出基于国际科技界共识的合成生物学发展治理原则，与国际同行和公众共同促进合成生物学的健康发展。
就内容来看，这是一本完整的合成生物学路线图，在各国先期发布的多个版本“路线图”的基础上，首次提出“理论框架、使能技术、应用展望和治理原则”四位一体的合成生物学学科体系架构，并理性地预测了到2030 年发展目标及实现路径。我们于2023 年在全球合成生物学/工程生物学发展战略研讨会（EBRC Global Forum 2.0）上交流了该体系架构，得到国际同行的认可。本书是世界合成生物学发展路线图的中国版本，它将为合成生物学学科体系建设、国际交流与合作、国家相关科技规划部署及下一代生物产业发展提供重要参考。
《合成生物学路线图2030：驱动下一代生物制造的引擎》作为合成生物学路线图的中国版本出版，既是及时雨，也是指路灯，与前期中国科学院和国家自然科学基金委员会联合发布的《中国合成生物学2035 发展战略》相辅相成。该书与国际上已发布路线图不同的地方在于创新性地提出了合成生物学多尺度理论框架，阐释了生物学原理“白箱”和人工智能“黑箱”的融合发展；应用部分突出了合成生物学“造物致知”和“造物致用”的核心理念。通过阅读这本书，读者可以从基础理论、使能技术、应用展望、能力建设与治理原则四个方面了解到合成生物学的现状与未来。
该书凝聚了众多专家学者的思想贡献与理论实践，首次提出将合成生物学作为一个新兴学科体系来建设，体现了更为清晰的，且具有时代特征的学科发展脉络，具有重要的科学意义。我相信，该书的出版将为合成生物学的研究部署、平台建设、人才培养、国际合作和产业政策等提供重要参考，也将成为与国际同行和公众交流的一种重要形式。
赵国屏
中国科学院院士
2024 年5 月
本文摘编自《合成生物学路线图2030：驱动下一代生物制造的引擎》（合成生物学发展战略研究组编. 北京：科学出版社，2024.5）一书“前言”“序一”“序二”，有删减修改，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-078386-8
责任编辑: 王 静 罗 静 刘 晶
合成生物学的科学性和应用价值受到社会广泛关注，被认为是生命科学研究的一种新范式（造物致知），是生物技术迭代提升、生物制造变革性发展的核心驱动力（造物致用）。“合成生物学-生物技术-生物制造-生物经济”正在构成一个重要创新轴，助力科技强国建设和人类命运共同发展。本路线图由众多学者共同深入研究，充分参考了各国先期发布的多个版本“路线图”及战略发展报告，首次提出了“理论内涵、使能技术、应用展望和治理原则”四位一体的合成生物学学科体系架构，并理性地预测至2030年的发展目标及实现路径。
本书作为国际上合成生物学发展路线图的中国版本，将为合成生物学的科研、教学、成果转化、公众参与和认知提供重要参考。同时，我们也希望它能够为国家合成生物学战略规划和部署、合成生物学学科建设和产业发展提供决策依据，助力赋能生物制造新质生产力。
生物能源在增加能源与资源供给、改善生态环境、支撑碳中和目标实现等方面有着其他可再生能源不可替代的显著优势。合成生物学在生物能源研发方面具有重要的应用价值和广阔的发展空间，有利于解决生物能源的关键研发问题。本书结合编者在能源合成生物学领域的研究工作，围绕合成生物学使能技术与改造策略、生物催化剂和细胞工厂的性能优化，系统总结了如何通过合成生物学技术改造能源生物底盘，以显著提高从二氧化碳到生物质、从生物质到糖，以及从糖到乙醇、丁醇、萜烯、脂肪烃等生物燃料产品和一碳资源直接转化为生物燃料产品等各个环节的转化效率，并对能源合成生物学未来的发展方向与挑战进行了展望。
本书对合成基因组学的核心内容进行了系统性介绍，既涉及相关的原理和技术，亦包括里程碑式科学事件和前沿应用展望。具体而言，本书序为国内外该研究领域的知名学者George Church教授和杨焕明院士对该领域的概述和展望；第1章围绕合成基因组所涉及的四大类设计原则（区分、重构、精简与赋能）进行深入介绍；第2章深入阐述如何从头人工合成基因组，以及该过程涉及的关键技术；第3章全面分享在病毒、原核生物及真核生物基因组人工合成方面取得的重大科研成果；第4章展望领域未来的应用场景并探讨发展带来的伦理安全问题。
本书主要从食品微生物资源、食品组学、酶工程、发酵工程、代谢工程、合成生物学等方面系统介绍了新一代食品生物技术。在此基础上，阐述了食品生物技术在未来食品中的应用。其中，第1章简述了食品生物技术的概念、主要内容及其在食品工业中的应用；第2章介绍了食品微生物资源挖掘与高通量选育技术；第3～7章详述了食品组学、酶工程、发酵工程、代谢工程，以及合成生物学等系列生物技术与食品科学的交织融合与应用；第8章阐述了未来食品的概念与内涵，并介绍了食品生物技术在功能蛋白、功能糖、植物基食品等未来食品生产中的应用。
《中国合成生物学2035发展战略》力求综合性回顾合成生物学的发展历程并探讨其学科定义，界定学科内涵；多方位反映合成生物学的发展现状及其促进“会聚”研究的科学意义与提升人类“能力”的战略价值；深人分析该新兴学科自21世纪初创立到今天逐步厘清的关键科学问题、技术瓶颈及社会核心需求，寻求升级发展所面临的严峻挑战，以及抓住“大数据+人工智能”和“互联网+”开源共享平台蓬勃发展的机遇，实现突破，在科技、经济、政治、社会一并进人“百年未有之大变局”的背景下，“不负韶华”承担历史使命的战略思考与策略布局；为进一步强化合成生物技术战略科技工程力量，推动我国合成生物学高质量发展，推动合成生物学及会聚”研究的生态建设，高效率服务科技与社会发展，提供政策建议的参考。
本书共九章。第一章合成生物学概述和第二章合成生物学的学科基础，介绍了合成生物学的发展历程，与分子生物学、基因工程等相关学科的联系，使读者对合成生物学有一个全面的认识；第三至八章分别介绍了合成生物系统的底盘、基因表达调控、生物砖、逻辑门、合成受体和基因线路设计，帮助读者理解合成生物系统设计的工程化理念、原理策略和常用技术方法；第九章合成生物学应用，介绍了合成生物学在民用领域和军事领域的典型应用。
本报告在介绍合成生物学技术发展与应用概况、风险评估方法与框架的基础上，分别从创构病原体、活性物质生产、人类健康影响、生物武器发展、减低生物防御措施有效性等五个方面对合成生物学滥用风险进行分析评估，并就美国完善加强生物防御能力提出针对性意见建议，是了解美国合成生物学风险评估方法与内容进展的有益参考。
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