合成生物學(xué)被認(rèn)為是認(rèn)識(shí)生命的鑰匙和改變未來(lái)的顛覆性技術(shù)，被譽(yù)為“第三次生物科學(xué)革命”，是推動(dòng)人類從“認(rèn)識(shí)生命”到“設(shè)計(jì)生命”跨越的重要技術(shù)路徑。

合成生物學(xué)是生物學(xué)、化學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的交叉領(lǐng)域，是通過(guò)基因工程和生物合成途徑制造生產(chǎn)藥物、食品以及燃料等生物產(chǎn)品的學(xué)科，具有低碳、環(huán)保、高效、精準(zhǔn)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。生物科技（BT）、信息科技（IT）、數(shù)字技術(shù)（DT）及人工智能（AI）的融合交叉將深刻影響人類未來(lái)發(fā)展。

合成生物學(xué)之所以能夠成為現(xiàn)代生物技術(shù)的核心，得益于一系列先進(jìn)技術(shù)的支持。多組學(xué)技術(shù)在其中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。多組學(xué)技術(shù)是聯(lián)合兩種或兩種以上組學(xué)，如基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組或代謝組學(xué)，分析不同生物分子層次的批量數(shù)據(jù)，建立不同層次生物分子間的關(guān)聯(lián)，以對(duì)生物樣本進(jìn)行系統(tǒng)性研究的方法，是研究復(fù)雜生物體系的良好工具。

多組學(xué)在合成生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

根據(jù)中國(guó)科學(xué)院微生物研究所《多組學(xué)技術(shù)及其在生命科學(xué)研究中應(yīng)用概述》中的研究，在合成生物學(xué)領(lǐng)域，合成代謝產(chǎn)物產(chǎn)量直接與酶活性和含量相關(guān)，而酶活性和含量直接與基因結(jié)構(gòu)及活性相關(guān)，因此，多組學(xué)整合分析，去研究合成酶組是必要和有效的。為了從多組學(xué)角度有效提升細(xì)胞合成效率，有必要合理利用多組學(xué)技術(shù)在合成生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

如下圖所示，在基因組及轉(zhuǎn)錄組水平，以DNA或者RNA序列為基礎(chǔ)，進(jìn)行元件庫(kù)構(gòu)建。在蛋白質(zhì)組水平可以進(jìn)行合成酶組的組成、含量和功能分析。在代謝組水平可進(jìn)行代謝物含量和活性分析。通過(guò)整合多組學(xué)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，可解決合成生物學(xué)領(lǐng)域重大關(guān)鍵的技術(shù)及工藝問(wèn)題：（1）如從生長(zhǎng)階段（初級(jí)代謝）到生產(chǎn)階段（次級(jí)代謝），其蛋白質(zhì)組（酶組）和代謝組的關(guān)系（2）底物轉(zhuǎn)化效率和酶的相關(guān)性；（3）初次代謝和次級(jí)代謝轉(zhuǎn)化時(shí)機(jī)的評(píng)估等�？删唧w應(yīng)用于合成生物學(xué)領(lǐng)域工程菌株篩選、代謝途徑優(yōu)化、隱性代謝途徑發(fā)現(xiàn)及合成酶的篩選等。

多組學(xué)在合成生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)路線

來(lái)源：《多組學(xué)技術(shù)及其在生命科學(xué)研究中應(yīng)用概述》

以紫杉醇和DHA的合成為例

以紫杉醇的合成為例，紫杉醇是醫(yī)藥市場(chǎng)上最優(yōu)秀的天然抗腫瘤藥物之一，被認(rèn)為是近20年內(nèi)最有效的抗癌藥物之一，同時(shí)也是是全球銷量第一的植物抗癌藥。紫杉醇在臨床上是用于乳腺癌、卵巢癌和部分頭頸癌和肺癌的治療的一線藥物，其國(guó)際醫(yī)藥市場(chǎng)需求巨大。

紫杉醇的合成是合成生物學(xué)領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)，其復(fù)雜的四環(huán)骨架和11個(gè)手性中心使得傳統(tǒng)提取和化學(xué)合成效率極低。多組學(xué)技術(shù)通過(guò)基因組學(xué)解析紅豆杉特有的基因簇（如CYP725A家族）及合成相關(guān)基因分布規(guī)律，轉(zhuǎn)錄組學(xué)對(duì)比不同時(shí)期細(xì)胞差異以篩選關(guān)鍵酶（如TOT1、T9αH1），代謝組學(xué)驗(yàn)證合成路徑及中間體積累情況，蛋白質(zhì)組學(xué)指導(dǎo)酶工程改造（如DBAT、BAPT）提升催化效率，空間多組學(xué)結(jié)合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組與質(zhì)譜成像揭示紫杉醇在特定細(xì)胞類型的積累及合成酶的空間協(xié)同表達(dá)，同時(shí)多組學(xué)數(shù)據(jù)與AI整合預(yù)測(cè)酶結(jié)構(gòu)、優(yōu)化代謝流和發(fā)酵工藝，多維度協(xié)同助力紫杉醇生物合成途徑的解析、宿主代謝網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化及高效合成體系的構(gòu)建。

DHA（二十二碳六烯酸）的合成也廣泛應(yīng)用多組學(xué)技術(shù)，DHA是唯一一個(gè)在冊(cè)的Omega-3多不飽和脂肪酸的營(yíng)養(yǎng)素，于2023年6月14日列入國(guó)家保健品食品原料目錄，從此打開了DHA保健品應(yīng)用法規(guī)通道，得以添加到嬰幼兒配方食品、膳食補(bǔ)充劑、特膳特醫(yī)食品等健康食品中。

嘉必優(yōu)（688089.SH）是國(guó)內(nèi)較早入局DHA研發(fā)與生產(chǎn)應(yīng)用的企業(yè)，據(jù)其并購(gòu)歐易生物的《草案》描述，嘉必優(yōu)通過(guò)基因組與轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，可以揭示菌株在不同生長(zhǎng)階段的基因表達(dá)模式和代謝狀態(tài)動(dòng)態(tài)變化，建立發(fā)酵工藝參數(shù)與細(xì)胞狀態(tài)的關(guān)聯(lián)模型，從而實(shí)現(xiàn)DHA發(fā)酵過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控與精準(zhǔn)調(diào)控，提升產(chǎn)率和純度。與此同時(shí)，通過(guò)多組學(xué)技術(shù)，還能實(shí)現(xiàn)DHA產(chǎn)品“功效機(jī)制的進(jìn)一步開發(fā)和利用”，將DHA生產(chǎn)從營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域延伸至生物材料等更廣泛場(chǎng)景。

歐易生物是致力于為生命科學(xué)研究提供多組學(xué)技術(shù)的研究服務(wù)機(jī)構(gòu)，產(chǎn)品涵蓋單細(xì)胞及時(shí)空多組學(xué)、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、表觀組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、生物信息學(xué)以及臨床診斷產(chǎn)品開發(fā)。嘉必優(yōu)作為一家合成營(yíng)養(yǎng)素公司，欲將歐易生物收入囊中，想來(lái)也是致力夯實(shí)組學(xué)技術(shù)基石，為其在合成生物學(xué)領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展注入新的動(dòng)力。

合成生物學(xué)作為一門極具前景的前沿學(xué)科，正引領(lǐng)著生命科學(xué)研究與應(yīng)用的深刻變革。而多組學(xué)技術(shù)作為其關(guān)鍵技術(shù)基石，憑借對(duì)生物體系的系統(tǒng)性、深入性解析，為合成生物學(xué)的發(fā)展提供了不可或缺的支撐。隨著多組學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與完善，其與人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)的深度融合將為合成生物學(xué)帶來(lái)更廣闊的創(chuàng)新發(fā)展空間，有望推動(dòng)合成生物學(xué)在醫(yī)藥、食品、能源等多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更多重大突破。