本期「遇见实验室」栏目，我们走进了江南大学-食品合成生物学实验室，与生物工程学院博士生导师周景文教授一起深入追溯合成生物学的发展历程，探讨它如何改变了我们对生命的认知，进一步了解它在食品科学、解决天然产物低产之谜等领域的应用。

智慧选取之路：从食品科学到微生物代谢工程

在涉足科研领域，学者们常常在机遇的微光和热情的熊熊烈火之间，如履薄冰，谨慎选择前进之路。然而，周景文教授将机遇与热情巧妙地融合于一体，构筑了一座完美的「科学之桥」。

在本科阶段学习食品科学与工程时，周景文教授敏锐地认识到生物技术在食品领域的无限潜力。因此，他在硕士阶段决定转向生物工程专业，并在博士阶段深入研究微生物代谢工程相关的领域。2009年毕业后，他一直致力于植物天然产物和维生素代谢工程的研究。

2012 年至 2013 年期间，周教授在美国哈佛大学化学与化学生物学系进行博士后研究。波士顿这座集结了众多生物技术实验室和生物制药企业的城市，为他提供了珍贵的机会，让他亲身见证了生物技术在不同产品制造中的卓越应用。特别值得一提的是高通量筛选技术，它如同人工智能的魔法，以及 2012 年初涌现的基因编辑等新技术，它们的出现彻底颠覆了以往的想象。我们不再受限于对微生物进行有限次数的改造，而可以用更系统的方式进行多样化的改进。回国后，周景文教授逐渐完善了团队内的基因编辑系统和高通量筛选流程，使其能够进行大规模的合成生物学研究。在这个阶段，课题组成功扩展了黄酮类化合物和不同维生素类化合物的产量，丰富了产品种类，并逐渐将一些植物天然产物和维生素的生产工艺工业化，这为团队在合成更为复杂的天然产物和功能性营养化学品方面树立了强大信心。 2019 年很多人造肉开始兴起，利用合成生物学技术来生产人造路生合成过程中间必须的血红蛋白，各种功能的酶制剂，还有各种功能蛋白等等，这是在原来的基础上是没有办法实现的，因为食品它的成本要求非常高。 从食品到生物，又从生物再来服务我们的整个食品产业。这些年合成生物学相关支撑技术的发展，和食品产业是密切相关的，而且两者相辅相成，食品领域为合成生物学找到了更好的应用场景。

攻克困扰的瓶颈：解锁植物天然产物低产之谜

天然化合物的精华一直在食品、保健品和药物研发中扮演着不可或缺的角色，然而，其难以提取和含量有限一直束缚着这一领域的发展。然而，周教授坚信，合成生物学的崛起将彻底改写这一限制性的局面。

首先，基因编辑技术的突破，能够反复对同一菌株进行多次改良，为定向增加有益成分打开了新的可能性。其次，人工智能技术的快速发展可以能够设计更高效的酶以及更优越的表达元件和代谢网络。这一创新为合成生物学提供了更多工具和资源，能够更精确地操控生物体系。第三，高通量筛选和自动化技术的进步助力更大规模的菌株研究，实现高效的筛选和工艺优化。这意味着可以更快地发现和生产有价值的目标产物。最后，材料科学等支撑技术的进展使我们能够更高效地进行分离、提取和纯化所需的产物。

这一系列技术的融合极大降低了合成生物学生产高价值产品的成本，使其能够逐渐与传统的化学合成方法和植物提取法竞争，从而降低生产成本，为更广泛的产品应用提供了可能。

综括而言，合成生物学正处于一个前所未有的科技革命中，四大关键方面的技术进步共同推动这一领域的蓬勃发展，相信在不久的将来为人类社会带来更多令人惊叹的成果。

深度挖掘合成生物学潜力：跨学科合作成未来

合成生物学的探索之路，并非一帆风顺，而是需要多个学科的协同合作，共同筑就这一科学领域的坚实基石。周教授认为，以下这些学科已经成为合成生物学的重要支柱，而它们的深入发展将有助于引领合成生物学进入更加广阔的前沿领域。

合成生物学的支撑技术取得了巨大进步，其中包括基因编辑技术，使我们能够高效地对同一菌株进行多次改造和编辑，为精准的遗传改良提供了无限可能。当然，自动化相关技术的发展也功不可没。高通量筛选和微流控技术等自动化工具的广泛应用，以及大规模菌株的集中设计和改造，极大地提高了实验效率。这意味着我们能够同时处理众多菌株，推动合成生物学的发展。人工智能技术的进步为我们提供了更好的工具，使我们能够更深入地挖掘和设计酶，以及理性地构建表达调控元件。这使得生物学工程的设计更加精确和高效。最后，材料科学等相关学科的发展为我们提供了更高效的方法，用以分离、提取和纯化目标产物。这使得我们能够以更经济的成本获得所需的产物，为合成生物学的应用创造了更为有利的条件。

综上而言，研究者能够以更高效和更低的成本生产更多的植物天然产物。这让越来越多的植物天然产物能够与传统的植物提取法和化学合成法竞争，进一步扩展了它们在各个领域的应用潜力。

未来前景无限：合成生物学在多领域的潜力

被誉为第三次生命科学革命的合成生物学，其成就不仅绽放于食品领域，还如奔流的江水，迅速润泽了多个广阔的领域。关于植物天然产物，许多重要物质由于价格高昂和来源限制而一直难以广泛应用。举例来说，透明质酸曾经只能从鸡冠、牛眼中提取，但通过微生物发酵法的生产，透明质酸的价格大幅降低，来源也不再受到严重限制。

合成生物学使我们能够生产更多种类的物质，如在化妆品领域。以现今流行的麦角硫因或依克多因为例，以前它们的产量和来源都受到限制，但如今利用合成生物学技术，我们可以以较低的成本生产它们，使得这些高价成分在许多日常化妆品中变得更加普遍。

然而，仍存在一些问题，例如美白效果显著的光甘草定的来源限制和高成本。我们期望通过合成生物学技术实现类似光甘草定的生产，使得高效的产品能够以更低的价格面向广大消费者。除了化妆品领域，合成生物学还在食品、医药、农业等领域有着广泛应用前景。过去，这些领域的产品因受限来源和高生产成本而难以大规模推广。

随着合成生物学支撑技术的日益精进，越来越多的研究者融入这一科研和产业的大潮之中，随着技术浪潮的翻涌，未来将彻底颠覆我们对众多产品的传统认知，并为创新研发提供着全新的、多彩多姿的机遇。

远瞰食品科学未来：展望重点项目

食品合成生物的前景同样令人期待，周教授自豪地宣告，江南大学在食品科学与工程以及轻工技术与工程领域荣获国家一流学科建设的殊荣。为进一步助力这两个卓越学科的崭露头角和跨领域融合。

未来食品科学中心鼎力发展四大主要研究方向，它们分别是食品合成生物学、食品风味与感知、食品大数据以及未来食品安全。 未来食品科学中心与学校以及国内外其他研究机构密切合作，拓展了这四个方向的应用领域。以食品合成生物学为例，中心将利用生物技术研发功能性配料和食品主要成分的生物合成，为食品创新注入了新的活力。

在食品风味与感知领域，团队致力于改善食品的口感和风味，使食品更美味，更容易被人接受。未来食品追求的不仅仅是简单和便捷，还致力于提升人们的生活质量，追求更健康、更美味的食品。 第三方面涉及食品大数据，计划借助 IT 技术来保障食品的安全，并更好地设计食品的营养价值和风味。食品安全对于未来食品的研发和产业化至关重要。在这一领域，未来食品科学中心建立了研究和评估平台，以更好地推进未来食品的开发过程，确保产品的质量和安全性，服务于大众的生命安全和健康。

新兴学科人才成长：三点须记牢

新兴学科的蓬勃发展离不开年轻科研人员，他们犹如激活学术生态系统的新鲜血液。作为一位经验丰富的学者，周教授站在了成长之巅，他以导师之姿，为那些即将踏入硕士和博士研究之路的年轻学子奉上珍贵的成长建议。

首要之务在于扎实奠定科研基础，特别是深谙现代生物技术等快速崛起的学科知识，融汇各领域的智慧，如一位博学多才的导航舵手。其次，积极建构良好的师友与同侪关系，拓展沟通交流之道，为未来职业之森林筑梦立基。第三，确立崇高的理念和远大的职业目标，勇往直前，积极备战未来之战场。终而重要的是，坚守工作与生活的和谐平衡，提早规划个人生活，维系工作与生活两者的完美交汇，以保持充沛活力。

合成生物学的技术突破「熠熠生辉」，为未来创新与应用领域带来了前所未有的辉煌前景。我们「翘首以待」，深信它将持续引领科学的边疆，重塑生活的底色，为解决全球性难题奉献前所未有的智慧。然而，在这个科研征途上，我们不孤单。那些默默支持、默默奉献的伙伴，如默契的搭档，时刻陪伴，助力腾飞。

Eppendorf，已悠然走过 20 个春秋，周教授对这位亲密的「科研伙伴」表达深深的感激之情。中国科研伙伴 Eppendorf，必将继续牵手，共同驰骋于合成生物学的黄金时代，挥洒创新的火花，为人类开启更多惊喜和机遇之门。