《科學時報》：目前合成生物學研究面臨的主要挑戰(zhàn)是什么？

陳國強：有很多挑戰(zhàn)，最大的挑戰(zhàn)也許是新生命的合成。如何合成出一個有新特征的生命？對于工程應用領域來說，重要的是合成出一條新的代謝路徑，獲得野生微生物不能合成的產(chǎn)物。為此，要全面了解微生物的調(diào)控機制。比如說，把相關基因拼到一起（或合成）之后，可能會合成出一個微生物的代謝通路，但是它沒有按照預期目標去大量合成所需要的產(chǎn)物。因為在細胞里面，有大量基因參與調(diào)控，如果不清楚它的功能，把它精簡掉之后就會出問題，得不到我們希望的產(chǎn)物?？傊?，細胞沒有按照所需要的方向發(fā)展。所以這些調(diào)控的東西影響了我們隨心所欲地設計某種生物的企圖。如果知道了所有的調(diào)控的機制，挑戰(zhàn)就小了許多。不過，還有另一個挑戰(zhàn)就是，如果設計出來生物體控制不住怎么辦？

《科學時報》：國際上對合成生物學研究主要集中在哪些方面？

陳國強：可能最令人矚目的是具有新功能的新生命的合成吧。這主要是滿足人類的好奇心。其他的主要集中在工程和應用，第一個方面就是所謂最小基因組的研究。一般來說，基因組越小，細胞生長得越快。原理基本上主要是DNA合成和代謝負擔減少了。最小基因組研究就是通過有目的刪除多余基因，獲得在特定條件下有優(yōu)勢的簡化基因組微生物。

其次是合成路徑的研究。在最小基因組研究的基礎上，用各種基因組成的元件拼裝成某種產(chǎn)物的合成代謝路徑。可以是一條利用二氧化碳光合作用合成氫氣的代謝路徑，可以是一條合成紫杉醇的代謝路徑……有無窮無盡的可能性，使這個細胞在滿足生長的最低要求后，集中精力去生產(chǎn)需要的產(chǎn)品。

第三，就是模塊化研究。就是把各種功能的基因模塊化，等到需要的時候就把各個功能模塊組裝起來就可以了。像積木玩具一樣，通過不同的組合，變成房子、汽車、飛機等不同的東西。

《科學時報》：我國開展合成生物學研究，發(fā)展合成生物學的目的為何？針對國家什么樣的重大需求？

陳國強：我國是一個資源消耗大國，在材料、能源、化工產(chǎn)品的消耗量方面等都居世界第一位，所以，我國開展合成生物學的目標就應該包括解決材料、能源、化工產(chǎn)品的重大需求；因此，發(fā)展合成生物學的主要目的應該包括逐漸減少對石油的依賴，利用農(nóng)業(yè)生物質(zhì)如纖維素、非糧淀粉、非糧脂肪酸等為原料生產(chǎn)材料、能源、化工產(chǎn)品等，滿足國家在材料、能源、化工產(chǎn)品方面的重大需求，避免對石油的過渡依賴，發(fā)展一個逐漸可以與化工過程競爭的工業(yè)生物產(chǎn)業(yè)。當然，合成生物學的研究也將產(chǎn)生許多研究生命活動的重大科學問題。

《科學時報》：不少國家都發(fā)布了合成生物學路線圖，我國也在制定過程中，您認為作為路線圖應強調(diào)哪些問題？

陳國強：我認為未來合成生物學要利用系統(tǒng)生物學的方法研究微生物——主要是細菌的工業(yè)應用，使微生物最大程度地生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品包括材料、精細化工產(chǎn)品和生物燃料等。利用合成生物學的手段構(gòu)建（合成）新的微生物，能夠最優(yōu)地進行工業(yè)發(fā)酵。最終的目的是實現(xiàn)復合功能微生物的構(gòu)建。

《科學時報》：您長期從事PHA材料方面的研究，合成生物學為這一領域注入哪些新內(nèi)容？會產(chǎn)生哪些變革？

陳國強：PHA的合成需要微生物的高速生長和PHA的大量積累來實現(xiàn)，這也是降低PHA生產(chǎn)成本的關鍵。所以，如何構(gòu)建最小基因組的微生物來實現(xiàn)上述目的，是我們實驗室重要的研究方向。通過基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和代謝組以及代謝流量組的全盤研究，尋找與PHA合成關系不大、同時對細菌生長不是必要的基因進行刪除，獲得能高速生長和大量積累PHA，同時從碳源到PHA轉(zhuǎn)化率高的最小基因組微生物。

附 表：

表1 合成生物學需解決的一些關鍵問題以及其必要性。其中，復合功能微生物的構(gòu)建是合成生物學的核心之一

表2 近期和中期合成生物學研究的一些問題，同樣，復合功能微生物的構(gòu)建是近期和中期合成生物學研究的核心之一