高航：合成生物学助力精准营养

④个性化的生活方式：通常将产品和硬件包含在一起，并且越来越多地以食品或饮料的产品形式交付。

在精准营养的产业链图谱上有一条服务链。通过个性化的检测，如基因检测、营养代谢检测、肠道生态和生理生化等得到健康大数据，为每个人建立个性化健康档案；再通过检测、干预、跟踪的手段，对其进行营养评价，之后通过代餐、配送、一日三餐，或者还可以通过 3D 打印技术把需要的营养元素制作成美味的健康餐，从不同维度为人们的营养健康需求，提供个性化服务的精准营养解决方案。

具体有以下三大维度，分别是：

①生理特征、生活方式分析及干预：在膳食营养、体力活动、睡眠节律和社会心理等方面进行生活方式的干预；②表观型分析及干预：在临床体格检查、标志物检测、代谢组学和蛋白质组学等多组分方面做整合健康管理；③通过基因型分析及干预：将肠道微生物组学、表观遗传学和基因组学检测结果与临床指标做结合，从而进行精准营养的干预。

在合成生物学的产业链图谱里，底层是工具层（使能技术和基础原料），包括 DNA 合成、DNA 测序、DNA 元件库、基因编辑（CRISPR-Cas9）、工具酶/酶工程和模式底盘生物库，应用层面与精准营养相关的是食品饮料、医疗健康行业。

那么合成生物如何助力精准营养？

第一，在健康科技方面，比如数字疗法和健康管理平台中，可以通过 DNA 合成、测序、大数据机器学习等，在这个领域得到应用。需要说明的是，合成生物学不仅是选品，更多的是健康服务的意识以及是一个服务的平台，整体来说是一种生态系统的搭建；第二，在未来新产品方面，可以把基因编辑、工具酶工程等技术应用于特医食品、营养健康食品的研发中；第三，在创新制造方面，如生物基的材料、功能食品的创制等，都需要广泛应用 DNA 合成技术、模式底盘合成生物的技术，以上都需要突破合成生物学关键技术壁垒；第四，在新蛋白、功能原料方面，需要通过合成生物学中一些生物设计软件和云端生物铸造厂等，来完成整个代谢通路的搭建，从而构建起较好的服务。

合成生物学在医疗板块主要有以下三方面的应用：

①基因治疗，基因治疗涉及的多种关键组件，包括了含有目的基因的重组核酸、递送载体、基因编辑工具以及靶细胞。目前，病毒载体仍旧是基因治疗最主要、最常用的递送技术，尤以腺相关病毒（AAV）的应用最为广泛。

②微生物疗法，涉及微生态制药、微生态疫苗、噬菌体疗法等诸多方向。合成微生物群落在疗法上也在不断地取得进展，其已经被设计用于改善艰难梭菌感染、自身免疫病、炎症性肠病治疗和辅助癌症免疫治疗等，这些群落在动物模型中取得了良好的效果。

③细胞疗法，T 细胞、B 细胞、NK 细胞，甚至红细胞，都被用作疗法设计的对象。该方向上，CAR-T 无疑是最具代表性的合成生物学设计，嵌合抗原受体（CAR）是模块化融合蛋白，由细胞外抗原识别元件、跨膜结构域和细胞内信号结构域所组成。而通过将 CAR 分子工程化改造进入 T 细胞当中，可以使后者具有额外的抗原特异性来重新定向靶细胞。

在医药、医疗健康板块包括：

①人工智能先导药物的发现与生产。利用合成生物技术改造的细胞也被应用到了与药物相关的领域，代表性案例是“抗疟疾药物青蒿素前体的生物合成”。合成生物学也为发现新型抗癌药物提供了全新的方法论。

②mRNA 药物/疫苗的合成。目前主要有寡合苷酸药物和 mRNA 药物。此外，还可以利用合成生物技术来重编程基因以产生减毒病毒，活体的减毒脊髓灰质炎病毒疫苗的成功构建便是其中的典型案例。

③体外检测。利用合成生物学工具层和平台层，可以实现精准的体外检测。采用个性化诊断以识别从健康到疾病的最早转变，以及在疾病显现之前采取可以逆转病理生理变化的预防措施。这种策略包括对个人进行深入的表型分析，并结合数据采取行动来改善健康状况，避免或减轻疾病轨迹。

在食疗保健板块包括：

①精准合成高质量低成本的食品原料：比如利用微生物，如酵母、细菌或酶发酵产生特定的食物分子，并生产动物性食品，如肉类、乳制品。美国植物肉品牌 Impossible Foods，其主营产品人造肉便是基于 DNA 合成、DNA 组装、遗传元件库建设以及基因线路设计来改造优化巴斯德毕赤酵母菌种，将其生产的大豆血红蛋白添加到人造肉饼中改善汉堡风味。

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