2004 年，《麻省理工科技评论》将合成生物学评为改变世界的十大新技术之一。
合成生物学正在深刻地改变着人类的生活和生产方式，合成生物学的未来发展备受关注。未来合成生物学将如何影响世界经济发展和人们的生活方式？又将如何颠覆人类的认知和现有技术？如何将生产、教育、研究紧密结合以促成合成生物学的发展？未来中国将在合成生物学的世界舞台上扮演怎样的角色？
此前，“光明科学城・2020 工程生物创新大会暨《麻省理工科技评论》中国生命科学创业大赛决赛” 在 “鹏城” 深圳光明区举办。在大会上，George Church 教授以视频的形式在大会现场发表题为《合成生物学的未来》的演讲，就这些问题做出了解答。
George Church 是美国基因工程学家、分子工程学家和化学家，也是美国科学院院士、美国工程院院士，被称为 “当代基因组学教父”。此前他曾任哈佛医学院遗传学系教授，哈佛大学 / 麻省理工学院 HST 联合研究所教授，主要研究方向是基因组测序及数据分析、合成生物学、个人基因组学等。他曾创办第一家向个人用户提供完整基因组序列的公司，还是利用基因编辑技术进行异种器官移植公司启函生物、基因编辑和基因组工程公司 eGenesis 的联合创始人。2017 年，被 “时代” 杂志评选为世界上最具影响力的 100 个人之一。
图 | George Church 教授（来源：Science）
首先我要感谢这次活动的组织者给我机会聊一聊合成生物技术的未来。第一个问题是，从技术到市场，从资本到政策，合成生物学将如何影响世界经济发展和人们的生活方式？如今，合成生物学已被广泛用于基因疗法和农业领域之中，比如 INARI 和 Editas 两家公司针对罕见遗传疾病，而中国本土公司华大智造正在研发了 DNA 纳米球、新抗体等技术，eGenesis 研究如何将猪的器官移植到人的身上。合成生物正在影响着我们进行分析、合成、产前诊断和外科手术的能力。合成生物学带来的经济影响得益于其快速发展。我们可以看到 Y 轴的数字在过去十年中呈指数级增长，例如合成生物技术、基因组测序和编辑技术。它们的规模都增长了超过 1 千万倍，主要原因是样本复用，一滴液滴中可以混合多达数十或数万亿个样本。第二个问题是，从 “为了学习构建” 到 “未来使用构建”，合成生物学将如何颠覆人类的认知和现有技术？下面举一个我们在基因治疗领域的例子，为了同时学习和使用，我们使用了腺相关病毒（AAV），这是一种经 FDA 批准的主要药物递送形式。这里我们用到了一个循环，我们可以对数据库测序，针对免疫逃逸和组织嗜性进行选择。然后，我们用到了机器学习，我们尽可能地从数百万个样本中心收集数据并迭代，相关成果最近发表在《Science》杂志上。此外，还有 Eric Kelsic 领导的 Dyno Therapeutics 公司。其团队将机器学习应用于许多不同形式的基因治疗以及大规模的计算机辅助蛋白质设计和试错迭代中。因为在我们的样本库中，拥有数百万，甚至数十亿个不同的分子（组合），使我们能够高效地进行临床试验，同时降低了临床试验的成本。第三个问题是，如何将生产、教育、研究紧密结合以促成合成生物学的发展，从而在全球竞争中脱颖而出？我们需要不断分享和指导，这就像在探索真理的征程中留下路标。举例来说，Addgene 是一个鼓励分享成果的非盈利组织，该组织向全球的非营利性实验室提供质粒及其相关的克隆数据，促进实验室之间遗传物质的交换。在这里我们分享了完整的人类转录因子和表达载体的结合，包括慢病毒和载体，我们都可以得到具体有效的单个转录因子，或者也可以整合起来。通常情况下，我们最终会发现所需的目标组织。我们可以通过沿 x 轴的转录因子和沿 y 轴的 RNA 分析获得这个集合中大约 1700 个转录因子，所有人都可以使用。到目前为止，我们已经建立了 290 种细胞类型和配方。Alex 和 Paras 创办了 GC Therapeutics，将该成果用于测试新疗法、细胞疗法和移植。第四个问题是，实验室与市场的差异背后隐藏着怎样合作双赢的机会？这种合作可以在本国内或者在全球范围内，下面我举几个例子。这个项目其实与你息息相关。在这次演讲中几乎所有内容以及我的研究中涉及的人类细胞均来源于该项目，因为这个项目已经得到了国际上的认可。这些数据可以通过美国、加拿大、英国、澳大利亚、韩国、中国和印度的相关机构或道德委员会获得。由美国政府推动的科研项目中已经用到了这些细胞，比如美国国家标准技术研究所（NIST）和美国食品药品监督管理局（FDA）都是用了基因组标准。瓶中的基因组还有 NIH 的 DNA 百科和 ENCODE 项目也都使用了其中的很多资料，比如用来研究表观遗传。这又叫做 “个人基因组计划”，我们正在使用这些数据。另外一个双赢的例子是可以使用一种通用的指导疗法，来尝试治疗多种疾病，从而降低成本。这种疗法能降低成本的原因在于，患有一种或多种与衰老相关疾病的人，这些疾病可能被逆转。如果数字足够大，我的意思是基本上我们所有人都会受到老龄化疾病的影响。那么固定的研发成本就可以分摊到跟多人身上，分散成本。具体来说，这里有四篇论文和八种不同的疾病，我们一次采集三组基因，就比如针对癌症和细菌性疾病，开发一种联合疗法。虽然只有非常少的基因，但它们影响了很多与衰老相关疾病。第五个问题是，科学的奥秘如何为行业带来新的活力，资本和产业界如何回馈科学？比如说是复制的保真度，基因组如何保持如此高的保真度？我们在基因组中发现了重复序列结构，这些重复结构又代表着什么？基因沉寂即基因沉默，指的是当你 “关掉” 一个基因并使其沉寂时，我们就把它从一个问题，一个谜团转变为了一种技术，例如保真度导致聚合酶扩增，不断重复的片段让我们发明了 CRISPR 技术，而基因沉寂最后让我们发现利用 siRNA 进行基因疗法。还有很多例子，很多新技术都源于对未知领域的探索和挖掘。第六个问题是，未来中国将在合成生物学的世界舞台上扮演怎样的角色？中国将会引领哪些变化？
就我个人而言，自 2007 年以来，我与许多中国团队保持密切的合作，其中一些公司的联合创始人曾是我实验室的研究生和博士后研究员。比如说启函生物和 eGenesis 两家初创公司，下一张幻灯片会详细展示这些信息。
启函生物由我实验室的学生和博士后研究员杨璐菡创办，她现在是启函生物和 eGenesis 两家公司的联合创始人。Veritas Genetics（奕真生物）创始人赵奕宁、Singlera Genomics（鹍远基因）的创始人高远和张鹍都曾是我实验室的博士后研究员。还与深圳华大基因、阿里巴巴达摩院建立了良好的关系。这些都是中国已经发挥关键作用的例子。未来我们可能会看到更多的创造力、资金和应对危机的能力。这次处理新冠疫情就是一个很好的示例。
下面还有一个例子，这是杨璐菡。她 2015 年至今发表的一系列论文，论文表明只需要编辑 42 个基因，就足以将猪的基因组人源化并消除病毒。我们现在有 2000 头以这种方式编辑过的猪，这类型的猪也可以叫猪 3.0，可用于临床前试验和灵长类动物测试。我和璐菡都是这两家公司的合伙人，这项合作跨越了东西半球。
以上就是我演讲的全部内容，感谢你们的邀请。在此预祝本次大会圆满召开，也期待着未来可以有很多合作机会。
关于 “光明科学城・2020 工程生物创新大会暨《麻省理工科技评论》中国生命科学创业大赛决赛”
2020 年 12 月 19 日 - 20 日，由深圳市发展和改革委员会、深圳市光明区人民政府主办，中国科学院深圳理工大学（筹）、中国科学院深圳先进技术研究院、深圳合成生物学创新研究院、DeepTech 生辉、深科（深圳）工程生物产业科技有限公司承办，中国生物工程学会合成生物学专业委员会、中国医药生物技术协会合成生物技术分会、深圳市合成生物学协会协办的 “光明科学城・2020 工程生物创新大会暨《麻省理工科技评论》中国生命科学创业大赛决赛” 在 “鹏城” 深圳光明区举办。
大会具体揽括了 “打开生命科学、工程和产业的魔盒”、“机构化创业之风潮”、“合成生物引领产业应用浪潮”、“高通量技术铸造合成生物学工厂” 以及 “合成改造发起疗法革命” 等十个前沿工程生物技术、产业论坛和圆桌讨论环节。生命科学领域特别是合成生物学领域的顶级科学家、商业领袖及资本方汇聚一堂深度探讨了合成生物技术和产业的发展现状以及合成生物学正在或即将为人类商业与社会带来的重要影响。
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