2021年9月，中科院团队获得二氧化碳人工合成淀粉的重大突破。这一颠覆传统农业种植模式的重大变革引发巨大关注的同时，也将合成生物学推到世人面前。中国合成生物学最早发起人之一，赵国屏院士这样解释：合成生物学区别于其他传统生命科学（如基因科学、微生物学、生物化学等）的核心是其工程学本质——合成生物学最主要的任务，是按人们的需求，设计出相应的“产品”。近些年，从原材料到食品及其他产品，合成生物学市场正在快速崛起。据Synbiobeta发布的市场数据显示，2021年是合成生物学初创公司有史以来募集资金最多的一年，成为合成生物学市场发展的关键元年，总额接近180亿美元，其中第三季度以高达61亿美元的融资达到目前顶峰。
事实上，从2000年中国合成生物巨头上海凯赛生物技术有限公司成立，到2006年美国生物科技公司Amyris的青蒿素大获成功，再到2013年基因编辑技术CRISPR-Cas9的横空问世，直至2021年美国基因编程公司Ginkgo和美国合成生物科技初创公司Zymergen两大国外巨头相继上市，合成生物学已经经历了20多年跌宕起伏的发展，如今迎来全面爆发，也让食品营养健康行业产生了颠覆性的技术变革。
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一方面，合成生物学能够利用微生物产生特定的食物分子，并生产动物性食品，如肉类、乳制品、脂肪等，这些生产过程不需动物参与，近些年大火的“人造”食品多属于此类，包括人造蛋白、人造肉、人造脂肪、人造奶等，解决未来人们面临的食物短缺问题。
另一方面，合成生物学可以开发出高附加值的营养活性物质，包括甜叶菊、赤藓糖醇等。同时，这种技术能够实现营养成分的精确调配，满足特定消费群体的健康需求，在一定程度上匹配消费者对饮食的科学性和营养性的诉求。
合成生物学正在塑造未来食品形态
气候变化、人口增长、农业用地骤减等因素正在影响着人类的饮食，合成生物学制造的食品开始改变人们对食品的看法，并推动该领域的快速发展。在功能性食品领域，合成生物学具有不断增长的潜力，比如利用微生物，如酵母、细菌或酶发酵产生特定的食物分子，并生产动物性食品，如肉类、乳制品。
在具体的应用方面，合成生物学家首先通过识别负责某些所需品质的基因序列来改变食物，例如牛肉的牛肉味或糖的甜味，然后在实验室中进行化学再生，并被放置在酵母或细菌细胞中，最后通过发酵的形式产生这些蛋白质，这些蛋白质将作为食物或纤维成分应用在产品配方中。
对于具体原料而言，目前大多数生产方法都依赖于漫长种植周期和低产量提取过程，并且多数情况下植物中的活性化合物浓度比较低，导致整个市场价格较高。同时，由于原料容易受到气候环境和季节的影响，导致整个生产供应链稳定性不强。合成生物学技术的出现，对于原料的可持续性、供应链安全性、绿色环保等具有重要的作用。如合成香草现在已经占据了全球供应的85%，解决了一种主要在马达加斯加天然生产的香料长期以来的供应难题。
多家企业抢先加入“赛道”
从食品原料的开发到细胞培养肉再到替代蛋白，合成生物学在食品营养领域的应用在逐年增加。
虽然从出现到现在的20多年间，合成生物学一直被质疑能否真正以生物合成的方式产出可量产、具备成本优势的产品，但近两年随着技术的成熟，确实已经有一批原料真正实现了理论验证，包括长链二元酸、丙氨酸、母乳低聚糖、胶原蛋白、一三丙二醇等，以及人造肉等消费品。
科技助力合成生物产品落地
据了解，从关键菌种的设计到优化，我国很多科学家和公司都在合成生物技术方面做了大量工作，未来会影响到生活的方方面面。其中，很多国家级的合成生物学重点专项和绿色生物制造重点专项，也都在支持这个领域的发展。如中科院植生所王勇团队就已经有新型天然甜味剂甜菊糖稀有组分Reb D、Reb M，甜茶素，新兽药及饲料添加剂黄芩素、新型糖尿病药物a-糖苷酶抑制剂I-1等多项基于合成生物学的原创性产品进入了产业化阶段。
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成本控制法规完善成主要挑战
合成生物学在国内市场才刚刚兴起，尤其是在食品配料和功能营养领域，这个过程中存在很多细分的市场机遇，同时也面临很多挑战。
其中，从实验室概念阶段到工业化量产阶段，成本控制是早期需要面对的首要难点。而在政策法规方面，作为食品原料或食品必须要有合法的身份，国内新食品原料的申报周期比较长，而且大多是参考国外法规批准的物质。同时，合成生物学生产的新型健康原料必须要纳入安全评价和监管体系中，因此整个过程漫长。显而易见，法规的完善对合成生物学商业化真正落地将起到重要推动作用。
目前，对于食品领域的应用，美国和欧盟的规定都很清晰，基因工程菌株来源的食品、保健品和饲料添加剂是允许使用的，需要经过一系列的申报审批。
我国当前只有许多试行政策，预计未来相关的法律法规也会逐渐跟上。据了解，我国有些菌种已经在安全性方面获批。政府的持续支持和法规的完善会使合成生物学的发展进入快速通道。业内人士认为，市场的需求、行业的需求、国家的需求、人类发展的需求，是合成生物学家从选题到产业化必须要考虑的问题。“生物工程、生物技术只有转化为产品，服务于人、国家和行业，才有价值。”无论业内人士还是专家，对合成生物学的未来都充满期待。（来源：中国食品报）
