□靳佳琦 张震 陈洪奇通讯作者
合成生物学作为21世纪最具颠覆性的前沿技术之一，实现了从“解读生命”到“设计生命”的跨越，其依托“设计—构建—测试—学习”（DBTL）循环体系，通过基因路线重构、代谢途径优化与高性能酶设计，构建可预测、可调控的微生物细胞工厂，为材料制造开辟了向生物基材料跨越的新路径。当前，合成生物学正从实验室走向产业化，在政策、资本、技术的多重共振下进入高速发展期，而AI凭借大数据分析、深度学习、智能预测等核心优势，为合成生物学创新突破提供了全新动能，推动合成生物学创新向精准化、高效化、规模化转型。
重构合成生物研发闭环体系，提升研发的精准度与效率
AI赋能合成生物学创新，不仅能对基因序列设计、代谢路径优化、菌株性能预测等关键环节，做到精细化的精准把控，还能大大压缩研发周期，有效减少研发方面的投入成本。在基因序列设计与优化核心环节，依托深度学习算法，将基因组学、转录组学、蛋白质组学等多组学的海量数据，统筹整合到一起。在此基础上，可以进一步构建基因序列和生物功能之间的关联模型，精准预判基因序列的表达效果以及各项功能特性。不仅如此，还能设计出贴合实际应用特定需求的基因序列，提升基因设计工作的精准程度和整体工作效率。
在代谢路径的设计与优化环节，复杂生物体的代谢网络具有关联度高、调控机制繁杂等突出特点。正因如此，借助大数据分析和深度学习技术，可以深入拆解代谢网络背后隐藏的内在调控规律，同时构建起代谢路径的数学模型，精准预判代谢通路中各个节点所能起到的调控效果，进而设计出兼顾高效与稳定的代谢路径。
促进合成生物学技术转化，实现研发向产业应用高效落地
AI技术可以打通研发与产业应用之间的壁垒，解决合成生物学技术转化过程中存在的规模化生产难度大、成本高、稳定性不足等问题，实现技术成果的高效转化与规模化落地，让合成生物学创新成果真正赋能产业发展。合成生物学产业化的核心是实现菌株的大规模培养，而传统菌株培养过程依赖人工调控，存在培养条件难以精准控制、菌株生长稳定性不足、生产成本过高等问题。而依托物联网、传感器等技术，可以实时采集菌株培养过程中的温度、pH值、溶氧度等关键参数，并结合深度学习算法构建菌株生长与培养条件的关联模型，精准预测不同培养条件对菌株生长与产物合成的影响，进而实现培养条件的智能化调控，促使菌株在规模化培养过程中实现稳定性与高效性。在产物分离纯化与质量控制关键环节，大数据分析技术能进一步优化分离纯化的整体工艺路线，筛选出最适合的分离纯化方法和工艺参数。这样，既能有效提高分离纯化的效率，还能降低生产过程中的能耗，减少成本开支。
除此之外，AI技术还可以构建产物质量控制模型，实时动态监测产物纯度、生物活性等各项关键指标，从而真正实现对产品质量的精准管控。也正因为这样，可以切实保证产物完全满足产业应用要求。与此同时，还能进一步助推合成生物学技术实现规模化推广落地，顺利完成产业化应用与转化。
最重要的是，依托AI技术，合成生物学可以实现“研发—转化—生产”一体化范式，实现研发数据、生产数据的实时共享与深度融合，让研发环节能够及时对接生产需求，根据生产过程中的反馈数据优化研发方案，提升技术转化的针对性与效率；同时还可以加快技术转化的速度，推动合成生物学技术实现规模化落地，为产业发展提供全新的技术支撑。
强化合成生物自身作用，推动产业绿色化、高效化升级
放眼产业应用领域，AI与合成生物学的融合发展如今正呈现多点暴发的良好态势，不仅成为推动各行各业绿色转型、高效升级的重要动力，还能赋能医药健康、材料化工、食品农业等众多产业，帮助各行各业完成绿色转型、技术迭代与产品创新。
就医药健康产业来说，合成生物学可以通过改造微生物菌株，高效制备各类药物活性成分。与此同时，依托AI技术，整合多组学数据与临床相关数据，精准预判药物靶点和药物分子之间的相互作用，进而设计出药效高、毒性低的新型药物分子，大幅缩减整体的药物研发周期；除此之外，还能进一步带动新型疫苗、诊断试剂、生物制剂等医药产品的创新研发，既能不断丰富医药产品的种类与品类，又能稳步提升整个医药产业的核心竞争力，从而为人类身体健康保驾护航。
在材料化工产业领域，合成生物学可以充分利用可再生资源，依靠微生物合成的方式来研制生产各类新型绿色材料。将AI技术融入整个研发与生产过程，不仅能实现绿色材料前驱体的高效合成，还能进一步优化材料合成工艺，全面提升材料强度、韧性等关键性能指标。更为关键的是，还能助力新型生物基材料、生物可降解材料等产品不断创新升级，以此替代传统的化石基材料，既能有效缓解资源短缺现状、减轻生态环境压力，也能更好地助推材料化工产业走上可持续发展之路。
结语
综上所述，AI与合成生物学的深度融合，重塑了合成生物学的创新范式与产业应用格局，成为推动科技革新、赋能产业升级的核心力量。通过重构合成生物研发闭环体系、促进合成生物学技术转化、强化合成生物自身作用等路径，可以实现合成生物学向精准化、规模化发展，赋能多产业绿色转型。
（作者单位：天津禾润生物技术有限公司，天津300308）