合成生物学技术的应用非常广泛，包括医疗健康、绿色能源、日化美妆、生物基材料、食品消费等领域。其中，生物基可降解塑料就是生物基材料的典型代表。由于化学合成塑料的污染严重，可降解聚酯塑料PBS成为近几年热门的新材料，而原料丁二酸产能的有限一直是其发展的瓶颈。中科院天津工业生物技术研究所研究员张学礼的2项专利“生产丁二酸的大肠杆菌基因工程菌及其构建方法与应用”和“提高丁二酸产量的重组菌及构建方法”，就为高效制备丁二酸提供了好办法——对大肠杆菌进行改造，利用发酵方法高效制备生物基丁二酸。

此外，我国是油料进口大国，可以通过合成生物技术让“油瓶子”里多装中国油吗？“我们把藻类当成生物基的原料，通过合成生物技术，就可以把藻类改造成类似石油、煤炭一样的能源。”胡强说。

与传统的石化路线相比，生物基丁二酸的制备成本下降了近20%。如今，生物基可降解塑料已经广泛应用于包装材料、一次性餐具及购物袋、婴儿纸尿裤、农地膜、纺织材料等多个领域，合成生物技术在其中功不可没。

在生命健康领域，合成生物学的应用也取得了显著成果。抗生素曾一度是致病菌的天敌，但由于抗生素的滥用，细菌产生耐药性的速度远高于新抗生素研发的速度，导致“超级耐药菌”的出现。然而，在2020年深圳人民医院一位患者肺部感染了多重耐药的鲍曼不动杆菌的案例中，临床上常用的抗生素基本无效。但在采用噬菌体疗法并联合抗生素治疗后，患者体内感染的多重耐药菌被成功清除掉。

事实上，噬菌体疗法并不是新鲜事。由于噬菌体会携带一些独立基因，可能带来一些副作用，加之其与细菌的复杂关系，导致传统的噬菌体疗法往往效果有限。那么，这一临床试验为何能够取得成功呢？

中国科学院深圳先进院合成生物学研究所研究员马迎飞介绍，他们采用了改造后的噬菌体。具体来说，针对噬菌体携带独立基因的问题，通过对噬菌体进行精简，去其糟粕取其精华；针对噬菌体治疗效果不是很高的问题，在噬菌体基因组上整合一些可以增强噬菌体杀菌活力的基因，赋予噬菌体更好的安全性和有效性。

马迎飞非常看好合成生物学未来的发展，他认为：“我们常说21世纪是生物学的世纪，细分来说，其中合成生物学将会起到重要的推动及引领作用。”

从“格物”到“造物”，这是合成生物学的奥秘所在。传统的生命科学是自上而下的，即“格物致知”。生命体的秘密藏在盒子里面，把盒子打开，一层一层打开的过程就是发现的过程。而合成生物是反过来的，是自下而上重建的，等于这个生命的秘密是人们自己放进去的，然后再把这个包裹一层一层裹起来，变成一个生命体，然后去看它能不能运转。

用工程的办法来做研究，是合成生物学的一大特性。合成生物有工程属性，它是用工程学方法去改造生命体；但它又有科学属性，因为没人干过，工程改造完之后，我并不知道它能不能造出来，有科学的未知性。所以合成生物学也叫工程生物学。设计、构建、测试和学习是工程学研究的“套路”，“我们把这个‘套路’用在合成生物学上，就是希望能够用工程的方法创造更多可能”。

而这离不开信息技术的助力。

合成生物学是一门新兴学科，它能利用大肠杆菌生产大宗化工材料，摆脱石油原料的束缚；酵母菌生产青蒿酸和稀有人参皂苷，降低成本，促进新药研发；工程菌不“误伤”正常细胞，专一攻击癌细胞；创制载有人工基因组的“人造细胞”，探究生命进化之路；利用DNA储存数据信息并开发生物计算机等。

作为科学界的新生力量，合成生物学进展迅速，并已在化工、能源、材料、农业、医药、环境和健康等领域展现出广阔的应用前景 。例如，在材料领域，大量的材料合成生物学研究正在将天然生命体系的动态特征有效整合到传统材料中，使其能够实现自适应、自愈合和自增殖等特点 。

刘陈立打了个比方，“给你上千块积木，却没有图纸告诉你拼成什么样、怎么去拼。我们目前就缺少这样一张‘生命图纸’。”马迎飞对此表示认同：“我们现在仍然缺少这种理性设计的能力，所以要不断地去试错，不断去纠正之前设计的结果，然后通过设计、构建、测试、学习这一闭环来不断优化完善我们的设计。如果能够实现理性设计，即设计出来的东西就是我们想要的，这样可以大大加速合成生物学方面的一些进展。”

在马迎飞看来，由于生物系统的复杂性极高，基因线、基因网络之间的相互作用非常复杂，但现阶段人们了解得还不够多。那么，在目前条件下，该怎样获取“生命图纸”？这就要提到“生物铸造工厂”了。据刘陈立介绍，现在生物实验、生物研究的一个问题就是标准不统一，不同实验室、不同人做出来的实验结果很难比较。大设施就是要解决这个问题，通过打造高质量、标准化的数据库，进而建立生命体大规模模型。

“有了这个模型，就能为生命设计提供‘图纸’了。”刘陈立表示，未来20年，“从定性走向定量，增强理性设计能力”将是合成生物学重要的发展方向。

胡强团队的研究之一是利用合成生物学技术对海洋微藻进行改造。他表示，目前研究存在一个很大瓶颈就是缺乏相适应的生产设备和工艺。经过改造的细胞会失掉很多原有功能变得比较脆弱。“我们现有的生产方式有些原始、粗放满足不了细胞生长的需要。”胡强告诉记者目前这种泛化的市场工艺和设备效率低、能耗高制约着合成生物大规模应用。

怎样设计一个新的制造系统跟它适配弥补细胞本身固有的不足充分把它的优势表达出来？这就要提到生物制造。“其实生物制造是一个载体或者说是反应器、发酵罐它可以把基因编辑改良后的细胞优势充分发挥出来不足的地方还可以让生物反应器来弥补比如在藻类的合成生物学研究上胡强建议“两条腿走路”一方面在目前比较好的微藻底盘细胞基础上继续打造更好的工程藻株；另一方面开发下一代的生物制造系统。

胡强表示：“我们的目标是在设备和工艺上实现颠覆性的突破。”他认为，当公司同时拥有优质的工程藻株和颠覆性的生物反应器时，必然会取得显著的成果，前景将十分广阔。这一观点发表于《光明日报》2023年5月25日第16版。