三、人造食品

人造肉的概念近年来同样风风火火，它可能是公众眼中最知名的合成生物学应用方向。遗憾的是，不管拿植物蛋白合成的肉，还是直接培养动物细胞，目前的人造肉口感上还和真肉有差距，价格也不便宜，消费者接受度一般。但由于人们对肉类的渴望远没有到头，但凡大家还在对夜宵烧烤念念不忘，只需要传统养殖业1%的土地和1%的水就可以生产出肉品的人造肉，还是有广阔的前景。

另一些人造食品显得更成功，更让人期待。例如品行业巨头雀巢正在研发将人类泌乳细胞在环境接近乳房的培养基中进行体外培养，经诱导后产出母乳。如此一来没有条件进行母乳喂养的母亲，就能获得比配方奶粉更好、营养更还原的替代品。

（图源：biomilq.com）

目前合成生物学能做到完全还原质地与口感的产品，是人造蜂蜜。自然环境下蜜蜂制造蜂蜜的方式就是把花粉吞下去，在胃里进行微生物发酵后吐出来。合成生物学所做的便是把微生物放到培养体系中，模拟蜜蜂胃里发生的过程。

这么做的目的并非脱裤子放屁，大规模养蜂业容易对野生蜜蜂种群造成冲击，而把蜜蜂从蜂蜜的供应链中剔除，能够更好地保护生物多样性。

（不要蜜蜂造蜂蜜，真的不是吹牛bee，图源：melibio.com）

倘若带上不是给人吃的，就不得不提去年10月中国农业科学院饲料研究所搞出来的耀眼大新闻「工业化一氧化碳合成蛋白质」。这项合成乙醇梭菌蛋白的技术已经具备万吨级的工业产能，可以做饲料拿去养殖场给猪牛羊鸡吃了。

虽然细菌制造出来的蛋白不能完全代替豆粕，但还是有望缓解我国每年1亿吨的大豆进口压力。对保障粮食安全意义重大。

四、可持续新能源

近年来新能源的概念也逐渐渗入人们的日常生活，谁身边还没几个开着新能源车，紧盯新能源板块基金股票的朋友呢？为了不把身家性命绑死在会被用完且污染环境的化石能源（主要是石油）上，人们一直四处寻求可持续的新能源备胎。除了大家耳熟能详的风能、太阳能外，生物能源也是一个重要的探寻方向。

例如默默无闻的植物其实是利用能源上很有一手。光合作用对空气中碳元素的利用率接近100%，但整个过程的能量转换效率非常低，一般在5%以下。合成生物学的脑洞就很大了，奇思妙想一个接一个——科学家探索将固态半导体光吸收器和一些细菌整合成半导体-细胞混合体系的可能性，让生物能够更有效地捕捉光能，转移到糖类等物质中固定下来。

在另一些研究中，科学家试图改进微生物对糖的利用效率，使得它们能够将糖分转化为汽油、柴油、乙醇等燃料。

一旦整条通路被打通，直接将空气变成清洁燃料便不再是白日做梦。

现有的新能源技术与相关产品，能期待与合成生物学相配合的地方也很多：

例如氢燃料电池大家都说好啊！高效清洁无排放。唯一的问题是好贵，因为要用到一些贵金属催化剂，搞得去年铂金价格一路上涨。利用合成生物学，可以让微生物把一些纤维素加工成具有指定孔隙，大表面积的水凝胶，去替代贵金属（比如铂），电池成本也就随之降低。铂金项链也能跟着便宜点买到，何乐而不为。

还有废旧电池回收一直是个大难题，现有的方法二次污染大，回收有用金属的效率也不咋滴。

电池回收受到高成本、高能量密度和苛刻处理条件的限制。改进微生物或无细胞系统的新方法可以通过多种化学物质来提高能量储存的回收技术。如今人们已经发现一些特殊微生物非但不会被重金属毒死还能倒过来利用它们。例如能够利用钴给自己做金属盔甲保护自己的“钢铁侠”硫还原地杆菌。合成生物学正在试图改进出更高效工作的菌种，为人们将废旧电池中的重金属元素提取并回收。

（大家正在指望“钢铁侠”细菌能回收锂电池中的钴，图源：thehindu.com）

五、新型材料

人类对特殊生物材料抱有浓厚的兴趣。比如蜘蛛丝开了挂一样的机械性能，比如河里海里的贝类为什么能黏在岩石上，而我手里的固体胶一沾水就彻底完犊子？

化工和传统的生物发酵工程都在解析、还原成分上一筹莫展，因为蛛丝蛋白、肌连蛋白等超高分子量的蛋白质信息量爆表了，普通细菌难以合成。此时合成生物学表示：我不跟你们折腾这些有的没的。来人！给我把海洋贻贝的黏液分泌腺体摘出来养，或者我直接拿一些工程细胞来模仿这一过程，要么我把细菌基因改造到能接受这样的信息量为止，然后从制造各种分子到组装起来一条龙！

总之，合成生物学是新一轮生命科技研究必争之地。

根据麦肯锡发布的数据，未来10到20年，合成生物学每年对材料、化学和能源的直接和间接经济影响可能达到2000亿到3000亿美元。认识细胞并利用其内置或合成功能将会产生巨大的经济影响。

美国对合成生物学的布局比较早，近年来更是连续发布了多份科技路线图，包括“半导体合成生物学”“工程生物学”“微生物组工程”“工程生物学与材料科学”等，这些路线图都更加关注跨学科的交叉融合，进一步明确了面向未来20年的发展目标和方向。2021年《美国创新与竞争法案》中，合成生物学位列关键竞争技术。

相应的，我国从2008年开始，中国科学院合成生物学重点实验室在上海成立。2012年国家科技部发布了合成生物学路线图，2020年“十四五”规划又将合成生物学列入科技前沿领域攻关方向。

人类对自然造物的挑战不光是多与少的较量，还在精密性上不断突破自然生命的限制。

2020年，人造物质量已经大于1,100,000,000,000吨，超过了全球所有生物加起来的质量。

（图源：参考文献[13] ）

人类，已经成为塑造地球表面的主导力量。

但人类的目的不是颠覆自然，而是更好地与地球共存，长远生存下去并过上更好的生活。

基于这一共同愿景，有着“第三次生物技术革命”之称的合成生物学，注定成为下一个新的主导产业，将深刻改变世界经济发展模式和人类社会生活方式。

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