“合成生物学与生物制造技术要坚持以品质为导向，要做有温度的生物制造，有感情的生物智能，有人文的安全生物，跳出短缺时代以规模为王的窠臼，不走‘产量至上’‘短平快’的老路。要让技术变革惠及包括边远地区的全社会城乡居民，让科技服务于兼容现代农场和散户农田的现实需要与切身利益，做以人为本的理论探索，学以致用的适用技术和落地解渴的实用成果，这也是坚持四个面向、践行科研为民的题中应有之义。”
近日，中国农业科学院饲料研究所活性肽创新团队资深首席科学家王建华在接受动脉网专访时表示。
王建华是中国农业科学院饲料研究所二级研究员、团队资深首席、博导，是2005年农业部有突出贡献专家、2006年人事部百千万人才工程国家级人选、2010年国务院特贴专家、中国农业科学院杰出人才(2003-2012)和农科英才(2017-2021)，获得深圳市国家级（2018-2022）和河北省国家高层次（2024-）科技创新领军人才等荣誉称号。
在王建华看来，生物制造和合成生物技术本身并不新鲜，2000年前后产业界就提出了这一概念，酿酒、制醋、酱油、发酵乳、抗生素、疫苗等都属于广义生物制造范畴。
新近合成生物的产业高潮乍看类似“新瓶装旧酒”，借助了DNA重组、组学、基因编辑尤其是生物信息、人工智能等现代分子生物学的突破性进展，同时产业经济正面临更新换代走出低谷的挑战，需要向内寻求变革力量，在多因素汇合下，出现了对传统技术重组升级的历史契机，合成生物技术也因此备受关注。
合成生物技术的效果立竿见影、促效显著且影响深远，包括基因工程、蛋白质工程、代谢工程、发酵工程、细胞工程、组织工程、器官工程、生物工程等，其中测序与组学、基因编辑与重组、分子对接与设计、结构预测与合成生物都是颠覆性的硬核技术。较为突出的应用场景代表包括分子设计、靶向药物、疾病诊断、AlphaFold 3和智能生物等。
王建华认为，现代合成生物学以生命大健康为目标，正在逐渐打破化学、物理、数学、生物学、信息科学之间的传统分界，抹平无机、有机、生物之间的固有鸿沟，以及贯通动物、植物、微生物之间的分类限制，实现边缘交叉、跨界共享、高维融通，新发现、新亮点、新进展与研究突破精彩纷呈，在不断升级的自洽互洽底层逻辑支持下，合成生物展现出了相当可观的发展预期。
合成生物正在对这些传统技术进行改造、集成与优化，以实现“有方向性的精准改良”，而非“盲目合成”，进而使其能为人类、动物、环境等服务，也为传统产业破局升级带来契机。
“尤其在农业领域，合成生物学深具潜力和广阔前景，在动物健康维护（抗菌肽）、动植物品种改良、饲料原料迭代和流行病预测等方面都将带来变革，但同时也要看到，国内合成生物部分底层技术仍然‘受制于人’，缺乏自有底盘系统与平台技术，亟待摆脱对国外上游资源、开源系统、共享平台的依赖，所以我国仍需在基础研究方面持续重点投入，建立起产权独立、体系完备、技术先进的标准体系与持续创新机制。”王建华告诉动脉网。
01
助力“抗菌肽”破局成药性并完成量产
抗菌肽一直是王建华团队的重点研究方向，2013年该团队入选院级创新团队，并先后获863计划、国家自然科学基金、国家重点支撑计划、国家农业科技创新工程等支持，历经25年，三代研究人员聚焦一点、接续发力、久久为功，终于取得一系列突破进展，集中体现了抗菌肽合成生物技术的发展脉络与比较优势，及在国际上跟、并、领跑地位的加速轨迹。
据王建华介绍，抗菌肽广泛存在于人、动植物与微生物体内，是生物体抵御外来入侵第一道内生防御因子，与生俱来并长期沉默存在，在机体受到外侵处于应激状态时激活表达，具有及时、精准、入胞、高效、痕量、零残留等优势，具开发潜力。
相比之下，抗生素多属外源性被动输入，由于现代医药和生物产业快速发展以及部分历史原因，导致抗生素滥用风险普遍存在且不断加剧，成为全球重大公共健康卫生事业的棘手难题，至今苦无良策。
而抗菌肽因具有按需产生、高效入胞、高敏预警、防早治小、关口前移、低残留低耐药等独特优点，在告别数量增长模式追求质量增长的当下正日益受到关注。
王建华表示，抗生素作用较激烈，进入体内如同“战略导弹”，适用于重度感染等健康受到威胁的“危急时刻”。而抗菌肽则以早期干预、痕量特效、入胞治本等机制保驾护航，更适合作为“日常调节器”，发挥如社区管理或基层调解、防患于未然的温和作用。二者结合可以取长补短、优势互补，协同构建起多层级、全周期的疾病防控体系网。
以二战时期推出的青霉素为代表的抗生素是现代医药工业的第一代范本，曾属于兽药构成（2021年前含药添）并担负了畜禽疾病防控的基石与半壁江山，在中美等国经济动物饲料中以亚治疗剂量、药物添加剂形式长期合法使用达70年之久，成为养殖业重要疾病防控措施，但诱发衍生的耐药问题愈演愈烈。
与抗生素不同，抗菌肽不易诱发耐药性，不易刺激病原体变异，可有效规避“越用越无效”的路径依赖和“越打越多”的恶性循环。
基于这些特点，抗菌肽更适用于动物亚健康状态或非临床阶段的健康管理，以减少抗生素使用频次与剂量，降低耐药风险，兼具防早治小、温和微量、联合用药、生态友好等潜力。
“人和动物体内都有超百种抗菌肽，当机体处于感染初期或轻微发炎，体内响应启动抗菌肽合成表达，通过自主调控，自愈后回归沉默状态。这是近五十年开发抗菌肽作为新型抗菌药物的理论依据、比较优势、健康刚需等初衷的源起。”王建华解释。
据了解，王建华团队领衔英美同行在国际期刊率先发表“抗菌肽与抗生素和疫苗互补支撑形成疾病防治体系”的“铁三角理论”系列文章，受到国内外业界广泛认可。
该理论指出，抗菌肽可与抗生素、疫苗互为补充，克服抗生素残留、耐药以及疫苗耗能诱发病原体变异等缺陷，发挥三者优势，形成更新、更高维度的动物健康保障机制。以抗菌肽作为基础防御支持，能减轻畜牧业过度依赖疫苗和抗生素导致的路径依赖、病原微生物变异和耐药性加剧等老大难全球问题，有效缓解抗生素和疫苗承载过重的压力。
“我们对抗菌肽的研究之所以能精准响应国家产业政策的升级调整、契合行业发展阶段的迫切刚需，一方面是以自身职业素养、专业精神和学科洞察力，针对抗生素滥用与耐药性挑战于25年前做出前瞻性正确预判，另一方面更是得益于行业快速发展、积累储备和强大国力等后盾支持，终于迎来了2020年饲料禁抗（药物添加剂）法规的出台，使得抗菌肽有了用武之地，可望成为保障食物安全的利器与及时雨”王建华表示。
但是在具备多方面优势的同时，抗菌肽在研发环节面临成药性弱、稳定性差、成本高等产业化瓶颈。王建华指出：“这些缺点恰恰也正是其优点所在，因为抗菌肽分子结构简单、活泼不稳，虽短于结构复杂，却能快速降解代谢，显著减少残留毒副作用和耐药性。”
为突破产业化瓶颈，王建华团队正围绕结构修饰、纳米化组装来优化成药性和稳定性，实现精准疗效和创建评价规程，建立高产节能制备体系等方向攻坚。
据介绍，目前该团队以合成生物学为基础，率先成功创建抗菌肽（代表品种生泰素）现代生物制造体系，最高产量达5g/L，完成从分子设计、表达系统构建、高密度发酵到分离纯化、制剂工艺的全流程闭环生物制造技术体系，并外协国家药物工程技术中心和知名上市药企成功建立20-30立方米罐容规模的生泰素试产线并通过验收，获纯品49公斤，表观成本50-70元/克，已完成原料药研制全部工作和12项预临床试验，近年积极对接30多家国内外上市公司洽谈合作，已有意向合作方选择其中部分制剂启动临床试验。
上述相关成果被《柳叶刀•传染病》、《自然•微生物》等顶刊及30多本西方专著共引2000余次，并获2017年度北京市科学技术奖一等奖、2018-2019年度农业农村部神农中华农业科技奖一等奖和2020年度中国农业科学院十大科技进展。
其中值得关注的是，生产放大一直是生物制造难点和合成生物亮点，但王建华认为，当前我国工程师、厂房设备、发酵能力、产能等软、硬件资源都极其丰富，放大生产本身已具备成熟的工程化基础并预期有产业化优化空间，业内中试成功率低的主要原因在于缺少长期布局或存在急于求成心态、对抗菌肽复杂性认知尽调、选题立项、预研预期等功课不足，存在浅尝辄止、以偏概全、盲人摸象的情况，进而影响了其产业化进程。
王建华认为，注册准入制度和监管体系的创新才是生物制造产业的真正痛点。
“我们正在尝试将抗菌肽的适用范围从动物拓展到人类，从局部外用拓展到系统用药，覆盖十大适应症，并搭建形成1种一类新原料药和3种一类新制剂产品的研发格局。但现有药品审评体系以抗生素等化药为模板来看待抗菌肽产品，然而抗菌肽易降解，传统的‘暴露—滞留—清除’逻辑失效，抗菌肽在药代动力学评价方面与现有监管机制不完全适配。而且即使有相关法规指出，与食物同质的天然成分可免于药代及残留试验检测，但在实际监管中仍难以落实。”
“目前亟待研制方和许可部门形成双向奔赴的良性互动，一方面持续攻关形成抗菌肽特有的药代闭环逻辑，比如采用案例导向、一事一议原则，结合质量、功能、活体成像等药代要素，做到科学取舍与灵活组合，另一方面需要结合抗菌肽的特殊性，创新合规评价细则，实事求是创建符合抗菌肽特征规律的药评规则，既确保新产品安全达标，又不因噎废食延误新产品及时推出，还要切实遵循科学理性与逻辑支持，大胆启用同质豁免条款，可以边试边改边放行，不断完善，活跃创新。”王建华指出。
02
合成生物的“用武之地”与主战场：品种品质改良
除了抗菌肽，在王建华看来，合成生物学的潜力还在于生物品种改良和性状优化，“育种”是核心应用场景。
“无论是农作物、畜禽品种还是工业微生物，皆需从分子层面入手，搭上合成生物学的快车道，促进中国农业品种的改良。要利用合成生物推动从‘数量农业’向‘质量农业’转型，提高农产品品质和保障食品安全。”王建华表示。
据王建华分析，品种是农业的第一生产力，新世纪之交，以孟山都、先锋等为代表的国际巨头通过基因技术垄断掌握了全球农业生物技术的话语权，而中国种业多年合成生物学积累的潜力正外显外化，目前在系统性原创方面不断取得突破性进展。
但2024年全球种子公司十强分别为拜耳、科迪华、先正达、巴斯夫、KWS、利马格兰、隆平高科、DLF、瑞克斯旺和坂田种子，中国企业的实力仍然大有提升空间与赶超压力，很值得期待。
例如目前我国猪、鸡等主要畜禽种源五年前仍主要依赖进口，但瘟疫的压力大大加速了国内构建本土自主的畜禽育种体系，并取得十分可喜的进展，主要畜种基本实现自主，全面自主指日可待；另外我国五常大米的真实地产总量相对固定有限，但在售量超原产量10倍，预估市场需求达实际产量15倍以上，这有力证明了存在巨大的无法满足的市场需求，也正是合成生物学的用武之地，满足人们对幸福生活的追求就是合成生物学与生物制造的使命担当与立项首选，方兴未艾。
“另外传统农业是地理区位决定产品品质，上述五常大米等地理标志产品就是例证；此外，茅台酒因其背后的全境微生态系统与特定的土壤、水质、空气、温湿度的独特组合而价高质优，难以异地复制；人亦如此，巴马长寿村的秘密无非源于当地特有的食物、水源、空气等天然优质环境。至此，全境/景组学的前沿交叉新学科应运而生、呼之欲出。”
王建华表示，这些看似不可复刻的独特性和优越性，都正是合成生物学的用武之地与主战场：通过精准分子育种，可模拟复制生态要素，实现“精准制导”“定向改造”“全维设计”“按需合成”，利用合成生物在其他地区也能产出产地相同的优质农产品，通过多维度、多渠道、全方位，达成从增量到质变的跃迁，同时也为智慧农业、设施农业、水土改良、环境模拟、生态复制提出更高的挑战与全新课题。合成生物驱动的产业门类、规模、当量可望设计出未来百年新三步走的创新思路、远景规划、与强种方略。
“我国起步较晚但后来居上，在部分领域步入‘嚼碎、吃透、重组、升华’的赶超路径与快车道，特别是合成生物学已成为品种改良主导技术，部分处国际领跑地位，实现质变迁跃、种业自主，指日可待。”
同时王建华强调，品种改良合成生物要坚持“品质导向、功能细分、按需定制”，未来发展应控制规模、减少产能、提高质量，例如当前我国生猪年产超15亿头，而实际市场需求仅为5–7亿头，禽类总量年近200亿羽，畜牧业产能规模亟需调整优化，应加强宏观引导和行业自律，通过凤凰涅槃浴火重生，坚定不移导向高质量发展轨道。
王建华指出：“合成生物的发展方向是精细化、差异化、优质化、高端化，要摈弃短平快、低端廉价、拷贝抄袭、平地起高楼、打一枪换一个地方的理念，这才应该是百年老店的百年大计，要转向久久为功、善作善成，坚持夯实基础深耕良畴、慢工细活厚积薄发的长期主义才能行稳致远。”
03
原料生物改性与发酵：破解蛋白短缺与进口依赖难题
品种被称作“农业第一生产力”，饲料则是畜牧业的重要生产资料和主要成本项，在养殖业中饲料成本占比高达70%，而蛋白属于第二大原料饲料，80%依赖进口。
在王建华看来，这已成为结构性、全面性、长期性的行业发展第一大瓶颈，是我国饲料与畜牧业始终绕不过去的客观问题。
尤其叠加当下畜禽产出严重过剩和国际市场不确定因素，更加剧了蛋白短缺问题的刚烈度与复杂性，新推出的减量模式及部分新产品等应急措施，本质上仍然沿袭了产量至上、维持“虚胖”数量的惯性思维，治标不治本，并会触发硬着陆，质量为王提质增效才是解决蛋白短缺问题的理性选择、正确路径与治本之策。
据王建华介绍，当前中国饲料行业投入品准入目录已有约400种添加剂、800种原料，新产品不断增加和更新，足以满足养殖业全部需求。
当前最紧迫的是通过导向性政策引导产业结构优化：明确限制化学类、有害类、边际催熟类催肥类（激素、休眠前体类）和消纳类（工矿业副产品转化类）产品，大力发展生物类、安全类、环保类、清洁类产品，给予从事绿色研发方向的科学家持续立项支持、对相关企业实行税收减免与补贴政策，旗帜鲜明支持先进产业方向与政策优惠倾斜。
饲料原料发酵正符合产业绿色发展趋势，这是王建华团队另一个重要研究方向，该团队牵头制定了五项国家和行业相关标准，具有中国特色，填补国际空白，其中发酵大豆粕标准执行十周年，被农业农村部评为2022年度标准典范，直接有效规范和促进行业绿色发展和内涵式增长。
王建华告诉动脉网：“随着我国畜禽养殖业快速发展，2008年后我国成为世界第一大饲料产量国，饲料资源尤其是蛋白类饲料长期严重短缺无解，我国豆粕包括鱼粉对外依存度达80%，每年需进口大量饲料蛋白资源补缺，严重制约影响了畜禽养殖业的稳健发展，进而呈现出所谓大小年的起伏动荡。强外部化与弱韧性成为我国饲料业独有的心腹之患，直接传导至千家万户的菜篮子与一日三餐。”
“由于目前中国大部分饲料蛋白依赖进口，大豆自给率低且受国际市场制约，一旦进口中断，国内畜牧产业立陷困境。而发酵等生物改性技术是具有中国特色的饲料研发路径，助推研发功能性新产品，本质上是通过微生物发酵除害增益，使之富含多种益生功能因子成分，改善消化功能，以质量换数量，缓解原料短缺压力。”
据介绍，王建华团队长期开展饲料原料的发酵研究，例如通过接种酵母菌、乳酸菌等有益微生物，降解大豆粕等原料中的有害因子（如致敏物质、抑制因子），同时生成小肽、益生素、益生菌等功能性物质，显著提升饲料转化利用率与动物健康水平。
有数据表明，大豆粕经发酵后可提高增益约30%-50%的综合营养价值，同时显著改善免疫力、降低畜禽腹泻率和病死率，尤其适用于断奶仔猪、种畜禽及名特水产等饲料。
王建华表示，原料发酵看似神秘，实则技术成熟、应用广泛且具有悠久厚实的实践基础支撑，与中国传统食品如酒、酱、醋、泡菜，及西方传统产品如青贮、酸奶等一脉相承。中国在此领域快速吸收古今中外经验，已经形成自主技术、自主产品和标准体系，填补了国内外空白，产品应用实现畜禽水产全覆盖。
除了原料发酵，关于颇受市场关注的饲用单一氨基酸合成生物技术，王建华提醒，该技术方向有些问题值得注意和反思。
“最近报道有技术案例将小麦、玉米等粮食降解为葡萄糖再利用微生物发酵转化为20多种氨基酸，用于合成全要素饲料，试图绕开动物消化代谢过程，这种炫技式合成生物尝试明显有悖生物体内循环与代际进化逻辑等自然规律，会削弱动物本身消化系统和免疫机制的自我训练。”
“另一方面，这种冗长技术路径汇集合成生物的前沿要素，看似光鲜动人，其实链条长、环节多、浪费大、污染重、成本高，在技术理性、工具理性、经济理性和生态理性等方面存在一定的冲突与违和。我们要避免以创新的名义，从一个极端走向另一个极端，甚至走向创新的反面。”
除了饲料，合成生物技术在农药方面也有重要应用，不可小觑。
王建华告诉动脉网，化学农药可以除草、杀虫、抗菌、降低田间管理成本，但长期使用也对原生生态系统会产生不良影响，本质是把整个生态链条强行切割，所谓“杂草”“害虫”和“病原菌”，其实是相对于经济作物而言，它们本身也是全境生态链和生态网络中不可或缺的正常组成部分。
相比之下，发展生物肥料、生物农药等可替代绿色产品，有助于维持生态平衡、增强系统韧性、缓解环境压力，从而避免生态系统走向极端甚至崩溃。
据了解，化学农药的广泛使用在保障农作物产量和品质方面发挥了重要作用，功不可没。然而，传统化学农药的长期使用导致害虫和病原菌产生的抗药性迫使农户加大用量和频次，引发一系列环境和生态问题。相较于化学农药，生物农药对非靶标生物影响较小，能够减少化学杀虫（菌）剂的使用，可以保护天敌，保持生态平衡，保护生物多样性，保障农业可持续发展。
04
精准预测疾病流行，优化产业布局与产品设计
AI+合成生物是近期行业的热门话题，王建华认为合成生物学与AI（人工智能）、BI（生物信息学）的结合是未来重要趋势——在农业领域有望实现精准高效的疾病预测、产业布局、产品设计，类似于雷达预警与防控。
“合成生物学可用于制作防控疫病的‘现代烽火台系统’，通过感应点布控、快速反应与可视化联网，实现病虫害的实时监测和信息传播共享，大幅提升响应效率与准确性。”
王建华分析称，该系统一旦实现，其潜在应用场景将涵盖农业和生物医药等多个领域。
在农业领域，该系统基于气象、气候、温湿度、寄主、区域病虫害演化趋势及周边地区疫情信息的多维动态消长规律，有望实现监测与预警，其原理类似天气预报，可提前预测疫病发生概率，实现高精度病虫害趋势判断和流行病学调查，覆盖动植物病虫害疫情等多类型目标。
“该系统一方面能指导农户提前做好防控准备、降低损失；另一方面，我国作为粮食进出口大国，可借助环境变化信息（如潮汐、气流、温室效应）与国际贸易往来（如进出口路径、关税细则）等数据，构建远程高敏预测系统，在农业产业布局、生产、仓储、运输和交易环节形成链条闭环、实现动态监管关口前移，将病虫害风险损失降至最低。”王建华强调。
在生物医药领域，合成生物学与AI、BI深度融合后，可显著对提升对病原体变异的预测能力，帮助实现对突发传染疾病的实时感知、快准诊断与响应调度，以及有效避免传统药物研制中常见的事后防堵、延时滞后、资源浪费和库存积压。
王建华分析，由于病原体变异速度远超人类研发进度，仅依赖传统手段研发生产药物，极易出现病原体变异快于药品研发速度的失效局面。而合成生物、AI、BI结合能帮助实现实时追踪病原体变异，分析演化趋势与结构变化规律，快速指导科研人员及时转向新靶点、新机制的药物开发，避免对旧药“修修补补”与重复投入，极大提升新药研发效率与成功率。
“这种结合机制可以促进药品研制更加高效、精准且具前瞻性，甚至可能做到‘按需定制’，对公共卫生应急体系形成有力支撑。并且AI和BI作为信息时代的核心支柱技术，具备长周期战略价值与深宽广谱适应性，未来其在生物医药与农业合成生物等大健康领域的潜力将持续发挥越来越重要的关键支撑作用，值得乐观高估并热情拥抱。”
“另外在药品注册准入环节，AI和BI的加入也可大幅提高对未知风险的识别与预测能力，高效反馈指导新药研发，提高注册准入的效率和成功率。”王建华表示。
05
加固技术底盘，避免“受制于人”
从上述应用场景可知，经过二十余年发展，合成生物学迎来了从科研向多领域应用的全面快速转化期，然而国内的不少基础技术底盘要素仍然“受制于人”。
王建华认为，合成生物学未来研究重点之一是急需摆脱对国外开源技术、设备、数据库的高度依赖。
“当前我国农业生物制造基础环节主要仰赖进口，暴露出了软硬件技术‘卡脖子’的深层战略危机，尤其是基因编辑、基因数据库、底盘工具菌工具酶、载体系统、发酵平台、自动化软件、可视化系统等基础元件设施及技术标准大多由国外主导，国内自主体系亟待完善。”
“生物饲料、生物兽药、生物农药和生物肥料等农业领域的共性基础，如抗生素原理、工艺方法、评价机制、产品标准等，我国目前几乎拷贝西方框架，急需实现自主化。”
面对这些挑战，王建华认为，不应一味排外或过当强调自主，要按照“兼收并蓄、西体中用”“择其善者而用之”“快速全面汉化”“守正出奇”“弯道借道超越”原则，借鉴国外优势经验，建立符合我国农业现状与未来发展需求的中国特色替代体系，掌握主动权提前谋划，高远布局，逐步构建兼容互补、自主可控的合成生物资源与基础平台体系。
“当前我国生物制造产业的基础建设尚不完善，应从原料发酵的技术升级和标准化，制造理念和装备系统的重构升级，生产体系的自动化、标准化、模块化，以及技术共享这几方面入手。”王建华建议援引“大科学工程”“集中力量办大事”模式，集成建立生物制造专用资源库、智能调控工艺和发酵平台技术体系等，形成系统性技术支撑基础。
另外在制度与监管层面，王建华直言，全世界行业准入与行政许可都存在保守倾向，中国监管机构应加强责任担当与主动改革，从内部机制推进监管创新，在全球建立先发优势与话语权。同时，申请方在报备审批注册时要提高技术与材料的系统性，确保科学证据充分、逻辑闭环严谨、对标国内外接口，提升整体行业的技术、产品、标准合规能力。
在产业生态方面，王建华认为产业链协同不足是生物制造产业主要难题，普遍存在孤岛式研发、同质性重复、一哄而起、过度故事化等问题。很多合成生物产品类似罕见病药品，其实市场规模非常有限，一次开机、一罐产品就足以满足全年全球需求，这种现象不是个案，所以当前缺乏单品共享、串线共用机制，难以实现行业整体降本增效，甚至最终陷于亏本降价恶性竞争。建议各方协作建立互联共享、强化同业自律，实现全业全链条闭环系统和资源高效利用。
最后王建华强调，生物制造技术不能走“数量至上”和“短平快”的路线，不可突破这一底线红线，而是要坚持以品质为导向，以社会生态、人文生态、自然生态和技术生态的系统协调为导向，推动农业科技与社会环境和谐共融协同发展。“结合国情，兼顾技术、经济、生态、道德和社会理性才是合成生物学行稳致远的底盘基石、底层逻辑和最大共识，这样才能让合成生物学在百年巨变中发挥四两拨千斤的支点撬动作用。”
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