文：生輝、莫十二

來源：iSynBio造物（ID：isynbio_zaowu）

此前，第四屆工程生物創(chuàng)新大會(huì)暨第二屆中國合成生物學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)暨首屆亞洲合成生物創(chuàng)新大會(huì)在深圳光明科學(xué)城成功舉辦，本次大會(huì)以“合成生物：未來生物經(jīng)濟(jì)的引擎”為題。

蒙牛集團(tuán)創(chuàng)投基金負(fù)責(zé)人高航出席大會(huì)并發(fā)表了精彩演講。以下為高航完整版演講內(nèi)容，經(jīng)少量編輯、修改后發(fā)出。

大家好，今天跟大家分享的是從傳統(tǒng)營養(yǎng)學(xué)到精準(zhǔn)營養(yǎng)的發(fā)展，以及合成生物學(xué)可以如何助力精準(zhǔn)營養(yǎng)。

營養(yǎng)學(xué)發(fā)展有四個(gè)階段：

階段一：維生素發(fā)現(xiàn)的大爆炸時(shí)代。在一、二戰(zhàn)時(shí)期，人類的營養(yǎng)非常匱乏，使得人們更加關(guān)注營養(yǎng)素與疾病的關(guān)聯(lián)。B、C 族維生素、維生素 D 等在這一階段被科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)與研究；

階段二：脂肪、碳水化合物爭論階段。二戰(zhàn)以后，以美國為代表的國家開始研究碳水、脂肪與健康的關(guān)系，并逐漸升級改造復(fù)合營養(yǎng)元素的制造；

階段三：膳食補(bǔ)充劑與慢性病。在欠發(fā)達(dá)國家，營養(yǎng)素缺乏導(dǎo)致的疾病發(fā)生仍是很嚴(yán)重的現(xiàn)象，因此人們希望通過一些膳食補(bǔ)充劑來降低營養(yǎng)素缺乏造成的疾病。而在發(fā)達(dá)國家，慢性疾病發(fā)病率顯著上升，人們認(rèn)為補(bǔ)充膳食補(bǔ)充劑能夠有效地預(yù)防這些慢性病的發(fā)生；

階段四：證據(jù)積累，膳食模式。隨著大型前瞻性隊(duì)列研究、隨機(jī)對照試驗(yàn)、遺傳協(xié)作組的出現(xiàn)，隨著 BT、IT 的發(fā)展，使得大數(shù)據(jù)、人工智能大型隊(duì)列可以用在遺傳病和食品營養(yǎng)研究中。此時(shí)人們開始積累基于人群的營養(yǎng)證據(jù)，并利用遺傳工具來研究營養(yǎng)素、食物和疾病可能有怎樣的因果關(guān)聯(lián)，并把焦點(diǎn)從營養(yǎng)素的研究轉(zhuǎn)向了膳食模式和食物整體。

以上就是營養(yǎng)學(xué)的大致發(fā)展路徑。

今天我們講到的精準(zhǔn)營養(yǎng)，也稱為個(gè)性化營養(yǎng)干預(yù)，是精準(zhǔn)醫(yī)療在營養(yǎng)界的延伸，即在綜合考慮個(gè)體遺傳特征、腸道微生態(tài)、代謝特征、生活習(xí)慣以及生理狀態(tài)等因素基礎(chǔ)上，給與安全高效的營養(yǎng)干預(yù)，從而實(shí)現(xiàn)有效預(yù)防和控制疾病的目的，包括精準(zhǔn)的營養(yǎng)元素補(bǔ)充和醫(yī)療。

過去生命健康領(lǐng)域最尖端的技術(shù)集中在治療環(huán)節(jié)，未來將更多關(guān)注主動(dòng)健康管理，此時(shí)需要通過攝入食品的方式來實(shí)現(xiàn)。從個(gè)人的遺傳因素、腸道微生態(tài)、代謝、生活習(xí)慣等等多方面的因素來進(jìn)行干預(yù)，從而進(jìn)行有效的疾病預(yù)防。隨著 BT、IT 的融合發(fā)展，以及機(jī)器學(xué)習(xí)、可穿戴設(shè)備的應(yīng)用，我們可以精準(zhǔn)獲取人體的生理數(shù)據(jù)，從而為精準(zhǔn)營養(yǎng)帶來更大可能性。

根據(jù)瑞銀的統(tǒng)計(jì)，2025 年精準(zhǔn)營養(yǎng)的全球市場規(guī)模約為 13 億美元，直到 2030 年，年復(fù)合增長率都在 50%—100% 以上，隨著底層技術(shù)的發(fā)展，我們認(rèn)為 5 年以后，精準(zhǔn)營養(yǎng)將會(huì)是一個(gè)巨大的市場。

精準(zhǔn)營養(yǎng)將從以下三個(gè)層面逐漸實(shí)現(xiàn)，分別為：初級的分層營養(yǎng)，試圖將具有共同特征（如性別、懷孕）的個(gè)人分組，并提供適合每個(gè)群體的營養(yǎng)建議；漸進(jìn)的個(gè)性化營養(yǎng)，比分層營養(yǎng)更進(jìn)一步，主要基于生物學(xué)測量（如表觀遺傳學(xué)）提供適合個(gè)人的營養(yǎng)建議；精準(zhǔn)營養(yǎng)，也是終極目標(biāo)，結(jié)合個(gè)人的遺傳（生物學(xué)）、環(huán)境和生活方式信息，提供適合個(gè)人的營養(yǎng)建議。

實(shí)現(xiàn)個(gè)性化營養(yǎng)不僅需要信息的輸入和引擎（數(shù)據(jù)的收集和闡釋），即數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、時(shí)效性和非侵入性，符合數(shù)據(jù)保護(hù)和監(jiān)管；還需要輸出和參與（如何“指導(dǎo)”和如何監(jiān)控），即改變行為。

一個(gè)人的生活方式、環(huán)境、營養(yǎng)決策的制定將會(huì)反復(fù)驗(yàn)證營養(yǎng)健康回路，并對其進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，最終會(huì)產(chǎn)生很好的輸出參數(shù)來對個(gè)體的精準(zhǔn)營養(yǎng)進(jìn)行指導(dǎo)。基于此，個(gè)性化營養(yǎng)主要集中在量身定制的食物建議和/或基于維生素和礦物質(zhì)需求的膳食建議。

目前國內(nèi)外采取的有四種方法：

①個(gè)性化產(chǎn)品：產(chǎn)品是基于個(gè)人的數(shù)據(jù)完全定制開發(fā)的，數(shù)據(jù)來源包括問卷答復(fù)、血液、微生物組或 DNA。

②個(gè)性化體驗(yàn)：作為 DTC 電商平臺的一部分通過數(shù)據(jù)信息導(dǎo)航量身定制選擇，如“按目標(biāo)購物”或飲食偏好。

③個(gè)性化選擇：具備 VMS 能力或原產(chǎn)地的品牌量身定制的單一成分（或組合）產(chǎn)品的一系列選擇。

④個(gè)性化的生活方式：通常將產(chǎn)品和硬件包含在一起，并且越來越多地以食品或飲料的產(chǎn)品形式交付。

在精準(zhǔn)營養(yǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈圖譜上有一條服務(wù)鏈。通過個(gè)性化的檢測，如基因檢測、營養(yǎng)代謝檢測、腸道生態(tài)和生理生化等得到健康大數(shù)據(jù)，為每個(gè)人建立個(gè)性化健康檔案；再通過檢測、干預(yù)、跟蹤的手段，對其進(jìn)行營養(yǎng)評價(jià)，之后通過代餐、配送、一日三餐，或者還可以通過 3D 打印技術(shù)把需要的營養(yǎng)元素制作成美味的健康餐，從不同維度為人們的營養(yǎng)健康需求，提供個(gè)性化服務(wù)的精準(zhǔn)營養(yǎng)解決方案。

具體有以下三大維度，分別是：

①生理特征、生活方式分析及干預(yù)：在膳食營養(yǎng)、體力活動(dòng)、睡眠節(jié)律和社會(huì)心理等方面進(jìn)行生活方式的干預(yù)；

②表觀型分析及干預(yù)：在臨床體格檢查、標(biāo)志物檢測、代謝組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)等多組分方面做整合健康管理；

③通過基因型分析及干預(yù)：將腸道微生物組學(xué)、表觀遺傳學(xué)和基因組學(xué)檢測結(jié)果與臨床指標(biāo)做結(jié)合，從而進(jìn)行精準(zhǔn)營養(yǎng)的干預(yù)。

在合成生物學(xué)的產(chǎn)業(yè)鏈圖譜里，底層是工具層（使能技術(shù)和基礎(chǔ)原料），包括 DNA 合成、DNA 測序、DNA 元件庫、基因編輯（CRISPR-Cas9）、工具酶/酶工程和模式底盤生物庫，應(yīng)用層面與精準(zhǔn)營養(yǎng)相關(guān)的是食品飲料、醫(yī)療健康行業(yè)。

那么合成生物如何助力精準(zhǔn)營養(yǎng)？

第一，在健康科技方面，比如數(shù)字療法和健康管理平臺中，可以通過 DNA 合成、測序、大數(shù)據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)等，在這個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。需要說明的是，合成生物學(xué)不僅是選品，更多的是健康服務(wù)的意識以及是一個(gè)服務(wù)的平臺，整體來說是一種生態(tài)系統(tǒng)的搭建；

第二，在未來新產(chǎn)品方面，可以把基因編輯、工具酶工程等技術(shù)應(yīng)用于特醫(yī)食品、營養(yǎng)健康食品的研發(fā)中；

第三，在創(chuàng)新制造方面，如生物基的材料、功能食品的創(chuàng)制等，都需要廣泛應(yīng)用 DNA 合成技術(shù)、模式底盤合成生物的技術(shù)，以上都需要突破合成生物學(xué)關(guān)鍵技術(shù)壁壘；第四，在新蛋白、功能原料方面，需要通過合成生物學(xué)中一些生物設(shè)計(jì)軟件和云端生物鑄造廠等，來完成整個(gè)代謝通路的搭建，從而構(gòu)建起較好的服務(wù)。

合成生物學(xué)在醫(yī)療板塊主要有以下三方面的應(yīng)用：

①基因治療，基因治療涉及的多種關(guān)鍵組件，包括了含有目的基因的重組核酸、遞送載體、基因編輯工具以及靶細(xì)胞。目前，病毒載體仍舊是基因治療最主要、最常用的遞送技術(shù)，尤以腺相關(guān)病毒（AAV）的應(yīng)用最為廣泛。

②微生物療法，涉及微生態(tài)制藥、微生態(tài)疫苗、噬菌體療法等諸多方向。合成微生物群落在療法上也在不斷地取得進(jìn)展，其已經(jīng)被設(shè)計(jì)用于改善艱難梭菌感染、自身免疫病、炎癥性腸病治療和輔助癌癥免疫治療等，這些群落在動(dòng)物模型中取得了良好的效果。

③細(xì)胞療法，T 細(xì)胞、B 細(xì)胞、NK 細(xì)胞，甚至紅細(xì)胞，都被用作療法設(shè)計(jì)的對象。該方向上，CAR-T 無疑是最具代表性的合成生物學(xué)設(shè)計(jì)，嵌合抗原受體（CAR）是模塊化融合蛋白，由細(xì)胞外抗原識別元件、跨膜結(jié)構(gòu)域和細(xì)胞內(nèi)信號結(jié)構(gòu)域所組成。而通過將 CAR 分子工程化改造進(jìn)入 T 細(xì)胞當(dāng)中，可以使后者具有額外的抗原特異性來重新定向靶細(xì)胞。

在醫(yī)藥、醫(yī)療健康板塊包括：

①人工智能先導(dǎo)藥物的發(fā)現(xiàn)與生產(chǎn)。利用合成生物技術(shù)改造的細(xì)胞也被應(yīng)用到了與藥物相關(guān)的領(lǐng)域，代表性案例是“抗瘧疾藥物青蒿素前體的生物合成”。合成生物學(xué)也為發(fā)現(xiàn)新型抗癌藥物提供了全新的方法論。

②mRNA 藥物/疫苗的合成。目前主要有寡合苷酸藥物和 mRNA 藥物。此外，還可以利用合成生物技術(shù)來重編程基因以產(chǎn)生減毒病毒，活體的減毒脊髓灰質(zhì)炎病毒疫苗的成功構(gòu)建便是其中的典型案例。

③體外檢測。利用合成生物學(xué)工具層和平臺層，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的體外檢測。采用個(gè)性化診斷以識別從健康到疾病的最早轉(zhuǎn)變，以及在疾病顯現(xiàn)之前采取可以逆轉(zhuǎn)病理生理變化的預(yù)防措施。這種策略包括對個(gè)人進(jìn)行深入的表型分析，并結(jié)合數(shù)據(jù)采取行動(dòng)來改善健康狀況，避免或減輕疾病軌跡。

在食療保健板塊包括：

①精準(zhǔn)合成高質(zhì)量低成本的食品原料：比如利用微生物，如酵母、細(xì)菌或酶發(fā)酵產(chǎn)生特定的食物分子，并生產(chǎn)動(dòng)物性食品，如肉類、乳制品。美國植物肉品牌 Impossible Foods，其主營產(chǎn)品人造肉便是基于 DNA 合成、DNA 組裝、遺傳元件庫建設(shè)以及基因線路設(shè)計(jì)來改造優(yōu)化巴斯德畢赤酵母菌種，將其生產(chǎn)的大豆血紅蛋白添加到人造肉餅中改善漢堡風(fēng)味。

②精準(zhǔn)合成關(guān)鍵功能性營養(yǎng)因子：隨著越來越多的功能性食品代謝途徑被闡明，合成生物學(xué)已廣泛應(yīng)用于類胡蘿卜素（如番茄紅素、β-胡蘿卜素和蝦青素）、甲萘醌-7（維生素 K2）、葉黃素和母乳低聚糖（HMO）等功能性食品的生物合成。

③精準(zhǔn)合成食品風(fēng)味物質(zhì)：通過微生物來生產(chǎn)香料、甜味蛋白和甜味劑，用細(xì)胞工廠生產(chǎn)甜菊糖苷、阿洛酮糖等天然甜味劑及檸檬烯、香蘭素等香料產(chǎn)品。

來自全球的新興技術(shù)公司、國際乳品巨頭、國內(nèi)巨頭都在合成生物學(xué)方向有布局。比如在精準(zhǔn)營養(yǎng)上的布局，以 BASF、IFF、雀巢為主的國際巨頭都有相關(guān)動(dòng)作。

BASF 是世界著名的化工企業(yè)，近幾十年也在中國布局營養(yǎng)健康的技術(shù)，比如與湯臣倍健展開戰(zhàn)略合作，共同致力于開發(fā)精準(zhǔn)營養(yǎng)解決方案，推出了系列精準(zhǔn)營養(yǎng)測試服務(wù)，包括眼健康-黃斑色素檢查和葉黃素精準(zhǔn)營養(yǎng)解決方案；

IFF 主要專注于益生菌與營養(yǎng)健康；DSM 以營養(yǎng)功能為主，近 10 年在全球做了廣泛的投資布局和并購布局，至今已經(jīng)投資了從事營養(yǎng)、3D 打印、生物醫(yī)學(xué)等方向的初創(chuàng)公司，重點(diǎn)關(guān)注人造肉、替代蛋白、香精香料、有益菌群、防腐劑等等領(lǐng)域；

雀巢重點(diǎn)關(guān)注生命科學(xué)以及底層技術(shù)，在臨床醫(yī)藥和臨床營養(yǎng)做了布局，希望先從臨床上進(jìn)行精準(zhǔn)營養(yǎng)的突破，專注于兒科疾病、老年、重癥/外科疾病、腦健康、代謝性疾病和消化疾病六大治療領(lǐng)域，目前雀巢已經(jīng)往醫(yī)療健康、主動(dòng)健康方向做轉(zhuǎn)型升級了。

在國內(nèi)，華大基因作為精準(zhǔn)營養(yǎng)的先行者，有著大數(shù)據(jù)、大平臺的優(yōu)勢，以及先進(jìn)成熟的基因測序技術(shù)，為個(gè)性化營養(yǎng)服務(wù)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，打造了從檢測到干預(yù)的精準(zhǔn)營養(yǎng)健康管理閉環(huán)。

湯臣倍健聯(lián)合京東健康，依托大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn) C2M 反向定制，以用戶為中心，根據(jù)用戶的個(gè)性化需求組織生產(chǎn)，不斷優(yōu)化京東專供產(chǎn)品。

華東醫(yī)藥與安琪集團(tuán)成立的美琪健康將推進(jìn)以微生物技術(shù)為基礎(chǔ)的營養(yǎng)健康食品原料和個(gè)人護(hù)理功能原料等大健康產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。目前華東醫(yī)藥也在持續(xù)布局司美格魯肽降糖減肥的產(chǎn)品。

對于行業(yè)的未來發(fā)展，我們有以下幾點(diǎn)展望:

1、合成生物學(xué)可以通過基因編輯、蛋白質(zhì)工程等技術(shù)，創(chuàng)造出新型蛋白質(zhì)和新型代謝產(chǎn)物，解決傳統(tǒng)營養(yǎng)解決不了的問題，為健康個(gè)性化定制提供更多的可能；

 2、合成生物學(xué)在營養(yǎng)健康的應(yīng)用需要大量數(shù)據(jù)的支持，這些數(shù)據(jù)可以通過先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來處理和分析，從而實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的營養(yǎng)和健康干預(yù)；

 3、營養(yǎng)加工設(shè)備商會(huì)有很好國產(chǎn)替代的可能，國產(chǎn)替代可以把營養(yǎng)品的成本降低，這也是未來合成生物學(xué)助力營養(yǎng)健康的一大板塊；

 4、合成生物技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于植物和動(dòng)物組織培養(yǎng)、腸道微生物組、蛋白質(zhì)改良等多個(gè)領(lǐng)域。未來，還將有更廣泛的應(yīng)用以滿足不同的營養(yǎng)需求。

整體來看合成生物學(xué)與精準(zhǔn)營養(yǎng)結(jié)合有以下幾點(diǎn)：

1、合成生物學(xué)促進(jìn)大健康發(fā)展。在慢性病領(lǐng)域，合成生物學(xué)公司的 2.0 版本可能不是做原料的，而是提供健康解決方案的公司。從基因檢測一直到制造管線，這樣可以形成一個(gè)很好的服務(wù)閉環(huán)，而不是簡單的商業(yè)閉環(huán)；

2、優(yōu)化食品和飲料。利用合成生物技術(shù)，通過精密發(fā)酵的形式，改良食品和飲料的口感和營養(yǎng)成分，以滿足人們對各種食物和飲料的需求和期望，這將使人們有更多更健康、更營養(yǎng)豐富的選擇；

3、加速創(chuàng)新與推廣。合成生物學(xué)還需要充足的人才梯隊(duì)，從大的商業(yè)邏輯來看，合成生物學(xué)還處在起步階段，未來希望大量的大健康或者商業(yè)人才進(jìn)入這個(gè)行業(yè)、更好的品牌商進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，從而能夠給消費(fèi)者、患病人群、慢病人群更多的選擇；

4、取得更好的成果。隨著大數(shù)據(jù)越來越發(fā)達(dá)，IT、BT 的融合，ChatGPT 的發(fā)展，這些技術(shù)都將在大健康服務(wù)里面占據(jù)一席之地。通過人工智能手段可以獲取到消費(fèi)級的數(shù)據(jù)，同時(shí)通過 DNA 表觀遺傳學(xué)的檢測得到一些數(shù)據(jù)，給大家提供更好的健康服務(wù)，從而幫助做出更加準(zhǔn)確的預(yù)測和更加精細(xì)的干預(yù)，并達(dá)到更好的效果。

整個(gè)精準(zhǔn)營養(yǎng)和合成生物學(xué)也面臨一些挑戰(zhàn)和問題：

首先在監(jiān)督管理方面，需要建立相應(yīng)的監(jiān)管管理機(jī)制，加強(qiáng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定和執(zhí)行情況的審查，確保所有產(chǎn)品和服務(wù)都符合真正的營養(yǎng)需求和環(huán)境考慮，所以在這方面我們要有前瞻意識；

其次在費(fèi)用成本方面，由于研究需要巨額資金投入，而且生產(chǎn)成本可能較高，使得相關(guān)技術(shù)難以普及到廣大民眾中，所以社會(huì)化資本和民間資本的參與也非常關(guān)鍵；

接著，在知識產(chǎn)權(quán)方面，隨著行業(yè)持續(xù)發(fā)展，我們?nèi)绻龀龊５臉I(yè)務(wù)，就會(huì)跟國際上的巨頭公司進(jìn)行競爭，所以在知識產(chǎn)權(quán)上要做更好的設(shè)計(jì)和保護(hù)措施；

最后要強(qiáng)調(diào)的是，合成生物學(xué)是環(huán)境安全、綠色生物制造的新技術(shù)，未來國家一定會(huì)大力支持這個(gè)領(lǐng)域。