加快发展合成生物产业，促进天津传统产业转型升级的调研

张春育 中科院天津工业生物技术研究所

一、 国内外相关技术、应用现状及发展趋势

合成生物技术应用已经取得突破，通过异源途径组装、集成和适配技术，实现了源于植物的抗疟药物青蒿素前体青蒿酸、抗癌药物紫杉醇前体紫杉烯、玫瑰花香精、咖啡因的重组合成，不仅可以实现高等植物代谢途径在人工细胞中的模拟，也可以实现不同来源代谢途径在同一人工细胞中的模拟。大量复杂药物的关键中间代谢物及其结构类似物实现了人工细胞合成。多酶分子机器和微区化技术在纤维素利用、生物制氢、纤维素转化淀粉等领域取得突破。这些技术可以避开底盘细胞内复杂环境的影响，降低人工代谢通路组装与功能测试的难度，提高了人工代谢途径的设计效率，带动了体外合成生物学兴起。

我国合成生物学研究呈现出多点突破的良好态势，在合成生物学的科学前沿、技术发展、应用技术和研究团队等方面进步迅速。近十年来，在合成生物学领域，我国在国际期刊论文发表数量排全球第四位、专利排名第二，发展势头良好。在科学前沿方面，实现了复杂基因调控回路的构建，构建了有功能的人工合成线粒体，建立了用以描绘与染色质组织相关的调控元件和反式因子的空间排布的新技术，建立了荧光探针及原位与活细胞成像技术，实现了在活细胞各亚细胞结构中对细胞代谢的动态检测与成像。在应用技术方面，初步实现了基因网络控制系统用于细胞和基因治疗，建立了一大批植物珍惜天然化合物的微生物合成路线，创建了一系列重大化工产品的高效细胞工厂。我国合成生物学近几年的发展呈现了良好的势头，具备了从基础研发、平台技术到工程化应用能力，也培养锻炼了一大批研究队伍，在某些领域取得了重要突破。

二、天津市化工和医药产业现状

天津市是我国重要的老工业基地、环渤海地区的经济中心。化学工业、生物医药是天津市的支柱产业之一。

天津是中国现代化学工业的发源地,是国内重要的石油化工产业基地。经过多年发展,天津石化产业已基本形成了石油天然气开采、合成材料、化工新材料和精细化工等完整的产业体系，实现了用现代石油化工提升改造传统化学工业。2014年全市石化企业1230家，资产总额3842亿元，从业人员15.7万人；全年实现产值4442亿元，约占全市工业的16%；利税总额933亿元，约占全市工业的37%。

生物医药作为21世纪的 “朝阳产业”，近年来，天津市相继出台《京津冀生物医药产业化示范区优惠政策》、《天津市生物医药产业发展三年行动计划（2015-2017年）》等一系列政策措施，为我市生物医药化工产业的发展提供了政策支撑和保障。2015年天津市获批国家自主创新示范区和自贸区，着力打造包括“生物医药”在内的四大先进制造业产业集群，力争形成低成本、全要素、便利化、开放式的研发及产业转化新高地。

天津有中科院天津工业生物技术研究所、天津大学、南开大学、天津科技大学等一批重点院所，在生物、医药、化工领域研究基础雄厚。近年来，天津积极引进相关领域高端人才团队，相继吸引天津国际生物医药联合研究院、军事医学科学院天津滨海新区科研及成果转化基地、中国医学科学院天津分院等一批国家级机构落户天津。中科院天津工业生物技术研究所、天津大学等牵头实施了国家973、863等一批高端科技计划，天津已经在合成生物技术、生物医药、生物化工等领域成为引领国家科技创新和产业发展的战略力量。

三、天津市发展合成生物产业的必要性

（一）融入五大发展理念，开创颠覆人类现有工业生产的新纪元

合成生物技术以工程化的理念和方式，通过标准化、自动化的过程，对现有自然生物体系进行改造和优化，甚至从头合成创建具有特定功能的人工生物体，实现在医药、化工、食品、环境、农业、能源、材料等领域的广泛应用，将成为产业变革的重要推动力，促进社会可持续发展方面，提供全面技术支撑。

通过重新设计组装物质合成途径，构建高效的人工生命体系，1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、异戊二烯、丁二酸等重大化工产品已经走出石油路线，青蒿酸、阿片类药物、紫杉醇、人参皂苷等植物天然药物逐渐摆脱传统的植物种植与生产模式，一大批化工产品、材料、能源等化学品的绿色生物制造路线以及药物、食物等的绿色高效生产途径正在不断成为现实，将大幅度提升工业生产的绿色化水平以及农业工业化水平。基于合成生物技术的医疗诊断、生物治疗，为疾病的诊断、干预和治疗提供新型可编程的生物治疗方案，创建疾病诊疗的新智能模式，有望彻底实现遗传疾病、艾滋病、恶性肿瘤等疾病的康复治疗，将促生传统医疗模式和诊疗体系深刻的变革，显著提升人类的医疗健康水平。合成生物技术的发展以及与大数据的结合、纳米智能仿生等，将创造新的生产模式和产业形态，开创一个财富增长新纪元，对于国家安全、经济建设和区域发展，都具有重大战略意义。

（二）抢占产业制高点，打造中国可持续发展的新亮点

美国、欧洲等发达国家纷纷将其作为大国博弈的战略需要、提升国家科技创新能力的重要途径和获取未来科技经济竞争优势的重要领域，给予大量投入，以优先抢占科研制高点。2005-2010年，美国投入4.3亿美元、欧洲投入1.6亿美元加强合成生物体系研究；2012年，美国在《生物经济蓝图》中把合成生物学作为重点发展的新兴技术；2014年美国国防部成立3个合成生物学研究中心；2014年德国马普学会建立合成生物学研究网络。我国政府高度重视合成生物技术研究。2011年，温家宝总理指出，“在生命科学领域，对生命起源和进化的探索，开辟了合成生物学这一新领域，打开了从非生命化学物质向生命物质转化的大门，可能引发人类健康、生物经济和资源环境领域的产业革命”。刘延东副总理在两院院士大会的讲话中指出，“在若干可能发生革命性突破的科学方向上，比如人造生命和合成生物学等，力争率先提出和开拓新问题、新理论和新方向”。科技部已经先后启动了10项973计划项目和1项863计划重大项目，国家自然科学基金委员会、中国科学院也通过不同方式，资助了数10项合成生物学项目，使合成生物学研究在我国得以迅速发展，不断突破。

（三）升级天津工业化水平，夯实美丽天津建设基础

在“十一五”期间，实现重点行业污染物产生量减少，减排化学需氧量(COD)约200万吨，降低能耗10%以上，节约用水10%以上，减少粮食使用约1000万吨。当前，天津处于工业化进程加速时期，面临着严峻的资源与环境压力，迫切需要推进CO2减排，贯彻实施“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，构建资源节约型和环境友好型社会。合成生物技术的进步，将有利于天津传统化工、制造等行业摆脱能耗高、物耗高、污染严重等困境，实现相关制造产业的跨越式发展。合成生物产业立足于天津特色创新发展，将成为拉动区域和中国经济腾飞的重要引擎，实现节能减排、低碳经济发展的目标具有重大战略意义。

（四）瞄准国家区域战略定位，开创天津和京津冀一体化产业创新的新路径

作为深入贯彻落实京津冀协同发展重大国家战略和习近平总书记“2·26”重要讲话、推动京津双城联动发展的重要举措，利用合成生物领域北京现有基础及科技创新和人才优势，在生态、产业两个领域率先突破，调整双城经济结构和空间结构，以合理的资源配置方式，破解北京城市发展难题，推动北京天津可持续发展，促进京津冀区域协调发展，共同形成绿色可持续发展新经济增长模式。

四、加快发展天津市合成生物产业的具体建议

（一）建立合成生物产业项目审批的绿色通道

当前，生物合成产业即生物制造产业如生物发酵、生物转化等领域在天津项目立项、环评等前置审批过程中等同于传统化工产业，8.12瑞海爆炸后由于对于化工项目审批更加严格，严重限制生物合成领域成果在天津落地转化，希望政府协调相关部门能够区别于传统化工产业，在审批流程和政策上予以支持，建立生物合成制造产业项目审批的绿色通道，为项目提供能源、环保等条件保障。

（二）加强顶层设计，力争建设国家合成生物技术创新中心

依托天津市在化学工业和制造工业雄厚的产业基础和对转型升级发展的迫切需要，由较强实力的科研院所和大型企业集团通过创新机制共建国家合成生物技术创新中心，通过布局条件平台、前沿基础研究、应用基础研究、产业技术研究的全链条设计，发展生物化工、生物制造共性关键技术，以合成生物学育成颠覆性生物合成产业技术，促进政产学研用金多种创新要素的有效融合，推动天津传统产业转型升级，促进社会经济绿色可持续发展。

（三）培育生物合成产业示范区样板

按照“整合资源、优化环境、产业配套、功能完善”的规划原则，规划设计并培育样板式的生物合成产业示范园区，引入政府、社会、产业资本，以创新的体制机制，以集约化、专业化、高端化和绿色发展为方向，通过合理的机制遴选和引进一批合成生物领域重大颠覆性技术在示范园区聚集转化，打造工业经济绿色转型升级的可复制可推广产业示范新模式。从产业培育、集聚到裂变效应，充分汇聚天津创新发展新动能，成为示范样板服务天津市和全国经济社会的转型发展。

在园区建设上应以大企业带动产业壮大和基地建设，同时广泛吸收外部优质资源参与园区建没，有力促进要素资源的优化重组，加快形成一批以龙头企业为引领、产业产品为链条、大中小企业紧密配套的优势产业集群，打造合成生物产业科普、展示、宣传、推广示范的标志性园区，打造区域融合发展新格局。

（四）设立“生物合成创新重大专项”，提升区域核心创新驱动力

设立“生物合成创新重大专项”提高生物合成和生物制造产业的自主创新能力和生产技术水平，培育一批拥有自主知识产权的核心技术，水平达到或超过世界先进水平，提高国际竞争力。生物合成产业要进一步把创新放到更加重要的突出位置上来，加强产业创新能力建设，促进产业技术的系统化和集成化，通过技术研发、示范、推广相结合，充分发挥核心成熟关键技术的支撑作用，带动产业竞争力的整体提升。

（五）依托北京优势资源，加大力度建设生物合成产业支撑平台、技术转移转化服务平台，开创京津双城联动发展新路径。

合成生物技术创新所建设必需的包括机器人工作站、基因元件库、模块化中试平台在内的先进仪器设备和技术共享平台体系，形成具有国际竞争力的合成生物创新共享技术平台，占领合成生物学创新制高点，形成良好的聚集效应。

依托天津滨海―中关村科技园、中科院天津产业技术创新与育成中心等转化服务载体，把中科院和北京中关村的生物合成领域的科技创新资源和天津的先进制造优势紧密结合起来，引导中科院和中关村的创新资源向滨海新区和天津市辐射转移，贯通创新链、产业链、政策链、资金链，培育一批以企业集团、科技园区为载体的生物制造产业创新创业实体。

综上所述，加快发展合成生物产业，是天津市传统产业转型升级，走新型工业化道路的重大布局大机遇。在新的科技革命突飞猛进、经济全球化深入发展、资源环境制约越来越突出的情况下，天津市应该突破传统工业化模式，走一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的新型工业化道路，改变经济增长轨迹和旧有格局，确保经济社会可持续发展。