问题:合成生物学从“读懂生命”走向“重写生命”的进程中,单细胞生物的合成与应用已取得阶段性成果,但面向高等生物的基因组与表观层面的设计、合成和可控重塑仍是国际前沿难题。
尤其是表观遗传调控决定基因何时、何地、以何种强度表达,牵涉发育、衰老、肿瘤等复杂生命过程。
如何在高等生物层面实现可编程的表观基因组构建与功能验证,既关乎基础科学“理解生命规律”的深度,也关系到生物医药与生物制造底层技术体系的升级。
原因:一方面,高等生物细胞结构更复杂、调控网络更精细,基因表达并非由DNA序列单独决定,表观层面的多维调控与环境因素交织,使得“可设计、可合成、可验证”的技术链条面临更高门槛。
另一方面,相关研究天然跨越生命科学、化学、材料、信息、工程等多学科,传统单一学科路径难以支撑系统性突破;同时,关键底层技术与标准体系仍需在产学研协同与长期投入中持续完善。
在此背景下,国家面向未来产业的前瞻布局不断强化,生物制造被纳入重点方向之一,推动高校作为国家战略科技力量的重要组成部分,在基础研究与交叉创新上形成合力。
影响:该先导项目的启动,释放出高校“协同攻关、融合创新”的明确信号。
项目聚焦“复杂生命体表观基因组设计合成与功能重塑”,有望在三个层面形成牵引效应:其一,在基础研究层面,推动从单细胞向多细胞、从序列合成向表观调控合成的关键跃迁,为解析生命过程的发生、维持与演化提供新工具;其二,在产业技术层面,表观调控若实现可编程化与可验证化,将为靶向药物研发、疾病机制研究、细胞治疗与生物制造工艺优化等提供更坚实的底座,提升原始创新供给能力;其三,在人才与组织模式层面,打破学科壁垒、重构科研组织方式,有助于培养面向重大任务的跨学科团队和实战型青年人才,形成可复制的协同攻关经验。
对策:围绕世界性科学难题,项目以天津大学牵头,联动清华大学、北京大学、南开大学、江南大学等高校,汇聚优势学科与首席研究力量,构建“联合攻关+开放协作”的研究格局。
项目组织设计强调跨学科、跨单位协同:一是以共同目标牵引研究路线,围绕表观基因组的设计、合成、编辑、验证与功能评估打通关键环节,提升从理论到方法、从平台到应用的系统能力;二是强化平台化攻关与数据驱动,推动实验技术、计算分析与工程化手段协同迭代,提高研究效率与可重复性;三是以任务为导向推进人才培养,采用集中式训练营等方式,将首席研究员、研究生、博士后等纳入同一攻关场景,在解决真问题中加速能力成长,并促进青年教师在交叉领域形成稳定研究方向。
前景:面向“十五五”时期未来产业布局,合成高等生物与表观基因组相关技术被视为可能引发技术范式变革的重要方向。
随着关键底层技术逐步成熟,研究将从“能否合成”进一步走向“如何稳定、可控、可预测地实现功能涌现”,并在更严格的伦理规范与生物安全框架下推进应用转化。
业内期待,通过对表观调控机制的可解释化与可操作化研究,未来在重大疾病机理解析、精准干预策略探索以及生物制造新路径构建等方面形成持续产出;同时,协同攻关机制若运行顺畅,也将推动我国在相关战略制高点上提升国际竞争力与规则参与度。
合成高等生物项目的启动,标志着我国在生命科学领域的基础研究和应用转化进入了新的发展阶段。
这不仅是科学探索的深化,更是国家战略科技力量的重要体现。
随着项目的稳步推进,我们有理由期待,这一国际前沿领域的研究将为人类健康事业带来重大突破,为我国在生物经济领域赢得战略主动权奠定坚实基础。