加快發展合成生物產業，促進天津傳統產業轉型升級的調研

張春育 中科院天津工業生物技術研究所

一、 國內外相關技術、應用現狀及發展趨勢

合成生物技術應用已經取得突破，通過異源途徑組裝、集成和適配技術，實現了源于植物的抗瘧藥物青蒿素前體青蒿酸、抗癌藥物紫杉醇前體紫杉烯、玫瑰花香精、咖啡因的重組合成，不僅可以實現高等植物代謝途徑在人工細胞中的模擬，也可以實現不同來源代謝途徑在同一人工細胞中的模擬。大量復雜藥物的關鍵中間代謝物及其結構類似物實現了人工細胞合成。多酶分子機器和微區化技術在纖維素利用、生物制氫、纖維素轉化淀粉等領域取得突破。這些技術可以避開底盤細胞內復雜環境的影響，降低人工代謝通路組裝與功能測試的難度，提高了人工代謝途徑的設計效率，帶動了體外合成生物學興起。

我國合成生物學研究呈現出多點突破的良好態勢，在合成生物學的科學前沿、技術發展、應用技術和研究團隊等方面進步迅速。近十年來，在合成生物學領域，我國在國際期刊論文發表數量排全球第四位、專利排名第二，發展勢頭良好。在科學前沿方面，實現了復雜基因調控回路的構建，構建了有功能的人工合成線粒體，建立了用以描繪與染色質組織相關的調控元件和反式因子的空間排布的新技術，建立了熒光探針及原位與活細胞成像技術，實現了在活細胞各亞細胞結構中對細胞代謝的動態檢測與成像。在應用技術方面，初步實現了基因網絡控制系統用于細胞和基因治療，建立了一大批植物珍惜天然化合物的微生物合成路線，創建了一系列重大化工產品的高效細胞工廠。我國合成生物學近幾年的發展呈現了良好的勢頭，具備了從基礎研發、平臺技術到工程化應用能力，也培養鍛煉了一大批研究隊伍，在某些領域取得了重要突破。

二、天津市化工和醫藥產業現狀

天津市是我國重要的老工業基地、環渤海地區的經濟中心。化學工業、生物醫藥是天津市的支柱產業之一。

天津是中國現代化學工業的發源地,是國內重要的石油化工產業基地。經過多年發展,天津石化產業已基本形成了石油天然氣開采、合成材料、化工新材料和精細化工等完整的產業體系，實現了用現代石油化工提升改造傳統化學工業。2014年全市石化企業1230家，資產總額3842億元，從業人員15.7萬人；全年實現產值4442億元，約占全市工業的16%；利稅總額933億元，約占全市工業的37%。

生物醫藥作為21世紀的 “朝陽產業”，近年來，天津市相繼出臺《京津冀生物醫藥產業化示范區優惠政策》、《天津市生物醫藥產業發展三年行動計劃（2015-2017年）》等一系列政策措施，為我市生物醫藥化工產業的發展提供了政策支撐和保障。2015年天津市獲批國家自主創新示范區和自貿區，著力打造包括“生物醫藥”在內的四大先進制造業產業集群，力爭形成低成本、全要素、便利化、開放式的研發及產業轉化新高地。

天津有中科院天津工業生物技術研究所、天津大學、南開大學、天津科技大學等一批重點院所，在生物、醫藥、化工領域研究基礎雄厚。近年來，天津積極引進相關領域高端人才團隊，相繼吸引天津國際生物醫藥聯合研究院、軍事醫學科學院天津濱海新區科研及成果轉化基地、中國醫學科學院天津分院等一批國家級機構落戶天津。中科院天津工業生物技術研究所、天津大學等牽頭實施了國家973、863等一批高端科技計劃，天津已經在合成生物技術、生物醫藥、生物化工等領域成為引領國家科技創新和產業發展的戰略力量。

三、天津市發展合成生物產業的必要性

（一）融入五大發展理念，開創顛覆人類現有工業生產的新紀元

合成生物技術以工程化的理念和方式，通過標準化、自動化的過程，對現有自然生物體系進行改造和優化，甚至從頭合成創建具有特定功能的人工生物體，實現在醫藥、化工、食品、環境、農業、能源、材料等領域的廣泛應用，將成為產業變革的重要推動力，促進社會可持續發展方面，提供全面技術支撐。

通過重新設計組裝物質合成途徑，構建高效的人工生命體系，1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、異戊二烯、丁二酸等重大化工產品已經走出石油路線，青蒿酸、阿片類藥物、紫杉醇、人參皂苷等植物天然藥物逐漸擺脫傳統的植物種植與生產模式，一大批化工產品、材料、能源等化學品的綠色生物制造路線以及藥物、食物等的綠色高效生產途徑正在不斷成為現實，將大幅度提升工業生產的綠色化水平以及農業工業化水平。基于合成生物技術的醫療診斷、生物治療，為疾病的診斷、干預和治療提供新型可編程的生物治療方案，創建疾病診療的新智能模式，有望徹底實現遺傳疾病、艾滋病、惡性腫瘤等疾病的康復治療，將促生傳統醫療模式和診療體系深刻的變革，顯著提升人類的醫療健康水平。合成生物技術的發展以及與大數據的結合、納米智能仿生等，將創造新的生產模式和產業形態，開創一個財富增長新紀元，對于國家安全、經濟建設和區域發展，都具有重大戰略意義。

（二）搶占產業制高點，打造中國可持續發展的新亮點

美國、歐洲等發達國家紛紛將其作為大國博弈的戰略需要、提升國家科技創新能力的重要途徑和獲取未來科技經濟競爭優勢的重要領域，給予大量投入，以優先搶占科研制高點。2005-2010年，美國投入4.3億美元、歐洲投入1.6億美元加強合成生物體系研究；2012年，美國在《生物經濟藍圖》中把合成生物學作為重點發展的新興技術；2014年美國國防部成立3個合成生物學研究中心；2014年德國馬普學會建立合成生物學研究網絡。我國政府高度重視合成生物技術研究。2011年，溫家寶總理指出，“在生命科學領域，對生命起源和進化的探索，開辟了合成生物學這一新領域，打開了從非生命化學物質向生命物質轉化的大門，可能引發人類健康、生物經濟和資源環境領域的產業革命”。劉延東副總理在兩院院士大會的講話中指出，“在若干可能發生革命性突破的科學方向上，比如人造生命和合成生物學等，力爭率先提出和開拓新問題、新理論和新方向”。科技部已經先后啟動了10項973計劃項目和1項863計劃重大項目，國家自然科學基金委員會、中國科學院也通過不同方式，資助了數10項合成生物學項目，使合成生物學研究在我國得以迅速發展，不斷突破。

（三）升級天津工業化水平，夯實美麗天津建設基礎

在“十一五”期間，實現重點行業污染物產生量減少，減排化學需氧量(COD)約200萬噸，降低能耗10%以上，節約用水10%以上，減少糧食使用約1000萬噸。當前，天津處于工業化進程加速時期，面臨著嚴峻的資源與環境壓力，迫切需要推進CO2減排，貫徹實施“創新、協調、綠色、開放、共享”的發展理念，構建資源節約型和環境友好型社會。合成生物技術的進步，將有利于天津傳統化工、制造等行業擺脫能耗高、物耗高、污染嚴重等困境，實現相關制造產業的跨越式發展。合成生物產業立足于天津特色創新發展，將成為拉動區域和中國經濟騰飛的重要引擎，實現節能減排、低碳經濟發展的目標具有重大戰略意義。

（四）瞄準國家區域戰略定位，開創天津和京津冀一體化產業創新的新路徑

作為深入貫徹落實京津冀協同發展重大國家戰略和習近平總書記“2·26”重要講話、推動京津雙城聯動發展的重要舉措，利用合成生物領域北京現有基礎及科技創新和人才優勢，在生態、產業兩個領域率先突破，調整雙城經濟結構和空間結構，以合理的資源配置方式，破解北京城市發展難題，推動北京天津可持續發展，促進京津冀區域協調發展，共同形成綠色可持續發展新經濟增長模式。

四、加快發展天津市合成生物產業的具體建議

（一）建立合成生物產業項目審批的綠色通道

當前，生物合成產業即生物制造產業如生物發酵、生物轉化等領域在天津項目立項、環評等前置審批過程中等同于傳統化工產業，8.12瑞海爆炸后由于對于化工項目審批更加嚴格，嚴重限制生物合成領域成果在天津落地轉化，希望政府協調相關部門能夠區別于傳統化工產業，在審批流程和政策上予以支持，建立生物合成制造產業項目審批的綠色通道，為項目提供能源、環保等條件保障。

（二）加強頂層設計，力爭建設國家合成生物技術創新中心

依托天津市在化學工業和制造工業雄厚的產業基礎和對轉型升級發展的迫切需要，由較強實力的科研院所和大型企業集團通過創新機制共建國家合成生物技術創新中心，通過布局條件平臺、前沿基礎研究、應用基礎研究、產業技術研究的全鏈條設計，發展生物化工、生物制造共性關鍵技術，以合成生物學育成顛覆性生物合成產業技術，促進政產學研用金多種創新要素的有效融合，推動天津傳統產業轉型升級，促進社會經濟綠色可持續發展。

（三）培育生物合成產業示范區樣板

按照“整合資源、優化環境、產業配套、功能完善”的規劃原則，規劃設計并培育樣板式的生物合成產業示范園區，引入政府、社會、產業資本，以創新的體制機制，以集約化、專業化、高端化和綠色發展為方向，通過合理的機制遴選和引進一批合成生物領域重大顛覆性技術在示范園區聚集轉化，打造工業經濟綠色轉型升級的可復制可推廣產業示范新模式。從產業培育、集聚到裂變效應，充分匯聚天津創新發展新動能，成為示范樣板服務天津市和全國經濟社會的轉型發展。

在園區建設上應以大企業帶動產業壯大和基地建設，同時廣泛吸收外部優質資源參與園區建沒，有力促進要素資源的優化重組，加快形成一批以龍頭企業為引領、產業產品為鏈條、大中小企業緊密配套的優勢產業集群，打造合成生物產業科普、展示、宣傳、推廣示范的標志性園區，打造區域融合發展新格局。

（四）設立“生物合成創新重大專項”，提升區域核心創新驅動力

設立“生物合成創新重大專項”提高生物合成和生物制造產業的自主創新能力和生產技術水平，培育一批擁有自主知識產權的核心技術，水平達到或超過世界先進水平，提高國際競爭力。生物合成產業要進一步把創新放到更加重要的突出位置上來，加強產業創新能力建設，促進產業技術的系統化和集成化，通過技術研發、示范、推廣相結合，充分發揮核心成熟關鍵技術的支撐作用，帶動產業競爭力的整體提升。

（五）依托北京優勢資源，加大力度建設生物合成產業支撐平臺、技術轉移轉化服務平臺，開創京津雙城聯動發展新路徑。

合成生物技術創新所建設必需的包括機器人工作站、基因元件庫、模塊化中試平臺在內的先進儀器設備和技術共享平臺體系，形成具有國際競爭力的合成生物創新共享技術平臺，占領合成生物學創新制高點，形成良好的聚集效應。

依托天津濱海―中關村科技園、中科院天津產業技術創新與育成中心等轉化服務載體，把中科院和北京中關村的生物合成領域的科技創新資源和天津的先進制造優勢緊密結合起來，引導中科院和中關村的創新資源向濱海新區和天津市輻射轉移，貫通創新鏈、產業鏈、政策鏈、資金鏈，培育一批以企業集團、科技園區為載體的生物制造產業創新創業實體。

綜上所述，加快發展合成生物產業，是天津市傳統產業轉型升級，走新型工業化道路的重大布局大機遇。在新的科技革命突飛猛進、經濟全球化深入發展、資源環境制約越來越突出的情況下，天津市應該突破傳統工業化模式，走一條科技含量高、經濟效益好、資源消耗低、環境污染少的新型工業化道路，改變經濟增長軌跡和舊有格局，確保經濟社會可持續發展。