解码生命新篇：“合成高等生物”先导项目在天津大学正式启动

2026年1月8日上午，天津大学卫津路校区科学图书馆内星光熠熠、思想汇聚。由教育部、财政部联合部署的基础学科和交叉学科突破计划“合成高等生物”先导项目启动会在此隆重举行，标志着我国在合成生物学前沿交叉领域的战略布局迈出关键一步。这一瞄准“十五五”未来产业的国家级先导项目，汇聚了全国五所顶尖高校的科研力量，直面世界科学难题，力图通过跨学科协同创新，在生命科学领域实现从“读懂密码”到“编写生命”的革命性跨越，为国家生物经济发展和科技自立自强注入强劲动能。

一、时代召唤：项目启动的战略背景与重大意义

（一）全球科技竞争的战略前沿

合成生物学作为21世纪发展最为迅猛的交叉学科之一，正以“从解码生命到编程生命”的全新范式，重塑全球科技版图和产业格局。自21世纪初“人类基因组计划”完成以来，生命科学研究逐步从被动解析遗传信息，转向主动设计、合成和改造生命系统。从大肠杆菌的代谢路径重构到酿酒酵母染色体的化学合成，合成生物学已在生物医药、生物制造、环境治理等领域展现出巨大应用潜力，成为大国竞逐的战略制高点。

当前，发达国家纷纷将合成生物学纳入国家战略，美国出台《国家生物经济蓝图》，欧盟启动“合成生物学旗舰计划”，日本推行“生物基社会战略”，均将高等生物合成技术作为重点攻关方向。我国“十五五”规划建议明确将生物制造列入前瞻布局的六大未来产业之一，而“合成高等生物”技术正是支撑这一产业发展的底层核心技术，其突破将直接关系我国在全球生物经济竞争中的话语权，对保障国家生物安全、经济安全和科技安全具有不可替代的战略意义。

（二）学科发展的必然跨越

合成生物学发展至今，已实现单细胞生物（如大肠杆菌、酵母菌）的合成与改造，并在工业发酵、药物合成等领域获得应用。但随着人类对生命本质认知的深化和对健康需求的提升，研究焦点必然向更复杂的高等生物（包括高等哺乳动物细胞、高等植物等）延伸。

与单细胞生物相比，高等生物具有多细胞协同、表观遗传调控复杂、功能模块精密等特点，其合成技术面临巨大挑战。人工基因组合成奠定了合成生命的科学基础，而合成表观基因组则架起了跨越单细胞与高等生物的关键桥梁——通过动态调控基因表达网络，有望破解衰老、癌症等复杂生命过程的操控密钥，这不仅是合成生物学技术跃迁的必经隘口，更是生命科学从描述性研究走向定量设计的重要标志。“合成高等生物”先导项目的启动，正是顺应学科发展规律，主动迎接这一重大科学挑战的战略举措。

（三）国家创新体系的改革实践

教育部、财政部联合推出的“基础学科和交叉学科突破计划”，旨在打破学科专业壁垒和发展路径依赖，推动形成教育、科技、人才“三位一体”的改革新模式。作为该计划的首批先导项目之一，“合成高等生物”项目集中体现了这一改革理念。

项目摒弃传统单一学科攻关模式，汇聚了天津大学、清华大学、北京大学、南开大学、江南大学五所高校的优势力量，整合5个A+学科、10位首席研究员（PI）组建跨学科团队，实现合成生物学、计算机科学、化学工程、临床医学等多学科深度融合。这种“高校协同、学科交叉、产学研贯通”的组织模式，不仅为项目攻关提供了制度保障，更为我国基础研究组织方式改革探索了新路径，将有力推动高等教育先导性、战略性、基础性支撑作用的充分发挥。

二、强强联合：项目的核心架构与攻关力量

（一）组织架构：多主体协同的创新网络

“合成高等生物”先导项目构建了“牵头单位统筹、参与高校分工、咨询专家指导、政府部门支持”的立体化组织架构，确保项目高效推进。

牵头单位天津大学凭借在合成生物学领域的深厚积累和综合实力，承担项目总体设计、技术统筹和协调组织工作。该校自2006年起开展合成生物学教育，是教育部批准建立的全国首个合成生物学本科专业，率先构建了“本科－硕士－博士”完整人才培养体系，合成生物学专业入选国家级一流本科专业建设点，历年软科和各类学科排名均位列全国第一，并入选2025年天津大学“强基计划”招生专业，为项目提供了坚实的人才支撑。

参与高校各展所长、分工协作：北京大学依托化学生物学优势，负责人工基因组的功能维持技术研发；清华大学发挥计算机科学与技术学科特长，提供算法支持优化基因设计方案；南开大学在表观遗传学研究领域深耕多年，专注于基因表达调控机制解析；江南大学则凭借生物工程学科优势，聚焦合成技术的产业化应用探索。这种分工明确、优势互补的协同模式，实现了全国顶尖科研资源的高效整合。

咨询专家组由12位院士和领域权威专家组成，包括中国科学院院士元英进、饶子和等顶尖科学家，为项目实施提供战略咨询和技术指导，确保研究方向不偏离世界前沿和国家需求。天津市副市长张玲及市教委、市科技局等相关部门负责人出席启动会，体现了地方政府对重大科技项目的高度重视和全力支持，为项目落地实施创造了良好环境。

（二）核心团队：顶尖人才的集结赋能

项目核心团队汇聚了我国合成生物学领域的精锐力量，形成了一支结构合理、科研素质卓越的创新梯队。团队带头人、中国科学院院士、天津大学合成生物技术全国重点实验室主任元英进，是我国合成生物学领域的领军人物，长期致力于基因组合成与合成生物学研究，带领团队取得一系列具有国际影响力的成果。

2015年，元英进团队成功完成酿酒酵母5号和10号两条染色体的化学合成，开发了高效的染色体缺陷靶点定位和精准修复技术，相关成果入选“2017年中国科学十大进展”“中国高等学校十大科技进展”和“伟大的变革——庆祝改革开放40周年大型展览” 。2025年7月，该团队在《自然—方法》刊发重要研究成果，创新性建立SynNICE技术体系，实现兆碱基（Mb）尺度人类基因组DNA的精准合成组装与跨物种递送，成功将合成基因组递送至小鼠早期胚胎并观察到转录启动现象，为“合成高等生物”项目奠定了关键技术基础 。

除元英进院士外，项目团队还囊括了4位国家杰出青年科学基金获得者、7位国家优秀青年科学基金获得者、14位教育部新世纪优秀人才等一大批高层次人才，团队成员覆盖化工、化学、生物学、计算机等多个专业领域，60%以上人员在海外名校或国内985高校获得博士学位，40岁以下研究骨干占比达38%，形成了老中青结合、充满创新活力的人才梯队 。这支高水平团队将成为项目攻关的核心力量，为技术突破提供坚实的人才保障。

（三）平台支撑：国家级创新基地的集群赋能

项目依托多所高校的国家级科研平台，构建了全方位、多层次的支撑体系。天津大学作为牵头单位，拥有合成生物技术全国重点实验室、教育部“珠峰计划”合成生物学前沿科学中心、科技部合成生物技术国际科技合作基地等多个国家级研究基地，是我国合成生物领域开展前瞻性、战略性基础研究的重要科技创新平台 。

其中，合成生物技术全国重点实验室聚焦生物医药、能源、生物基化学品合成等国家重大需求，以生物信息分析、合成生物学和生物过程工程为核心，形成了特色鲜明的研究方向，其系统生物工程和合成生物学研究达到国际先进水平，部分领域实现国际领先 。实验室拥有包括长片段DNA高精度合成系统在内的先进科研设备，该设备为国家自然科学基金重大仪器研制项目成果，可实现高精度、大尺度DNA合成，为项目开展提供了关键技术装备支撑 。

此外，项目还整合了清华大学合成与系统生物学中心、北京大学化学与分子工程学院、南开大学分子微生物学与技术教育部重点实验室、江南大学生物工程学院等多个省部级以上科研平台的资源，形成了跨地域、跨单位的平台共享网络，为项目开展提供了全方位的技术支持和条件保障。

三、科学攻坚：项目的核心目标与技术路径

（一）三大核心目标

“合成高等生物”先导项目围绕国家战略需求和科学前沿问题，确立了三大核心目标，旨在实现合成生物学领域的系统性突破。

目标一：攻克世界科学难题。聚焦“复杂生命体表观基因组设计合成与功能重塑”这一核心科学问题，解析高等生物表观遗传调控的分子机制，建立表观基因组精准设计、合成与功能验证的技术体系。这一难题的破解，将从根本上揭示生命复杂性的调控规律，推动生命科学进入“设计生命”的新阶段。

目标二：革新底层技术体系。通过合成生物+AI的深度融合，打通低等真核生物与高等真核生物的合成表观调控壁垒，开发出一系列具有自主知识产权的核心技术，包括高精度表观基因组设计算法、大尺度DNA合成组装技术、跨物种基因递送技术等，革新生物制造、生物医药领域的合成生物底层技术体系，破解相关领域的“卡脖子”难题。

目标三：培养跨学科创新人才。采用“训练营”模式，将参与项目的PI、研究生、博士后集中起来共同攻坚，在科研实践中培养一批兼具合成生物学、计算机科学、临床医学等多学科背景的实战化创新人才，为我国合成生物学领域储备高水平后备力量，支撑未来产业可持续发展。

（二）关键技术路径

为实现上述目标，项目团队规划了清晰的技术路线，分阶段、有步骤地推进攻关任务。

第一阶段：基础理论与关键技术突破（1-2年）。重点开展高等生物表观遗传调控机制研究，解析DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传标记的建立与维持规律；开发基于AI的表观基因组设计算法，利用机器学习技术预测表观遗传修饰对基因表达的影响；优化大尺度DNA合成与组装技术，提高合成精度和效率；完善跨物种基因递送技术，实现合成基因组在高等生物细胞中的高效导入。

在这一阶段，项目将充分利用元英进团队已建立的SynNICE技术体系，进一步优化兆碱基级人类基因组DNA的合成组装方法，解决高度重复序列的合成难题；同时，结合清华大学的算法优势和北京大学的化学生物学技术，构建表观基因组设计与功能验证的一体化平台。

第二阶段：功能模块设计与合成（3-4年）。基于第一阶段的技术积累，开展高等生物关键功能模块的设计与合成，包括细胞分化调控模块、代谢通路优化模块、疾病抗性模块等；建立多模块协同工作的调控网络，实现对高等生物特定功能的精准调控；在模式生物（如小鼠、拟南芥等）中进行功能验证，评估合成模块的有效性和安全性。

这一阶段将充分发挥五所高校的协同优势，南开大学负责调控机制解析，江南大学负责功能模块的产业化应用评估，形成“设计—合成—验证—优化”的闭环研发体系。

第三阶段：技术集成与应用示范（5年及以后）。将前期开发的各项技术进行系统集成，构建完整的高等生物合成技术体系；开展合成技术在生物医药、生物制造等领域的应用示范，开发针对癌症、遗传病等重大疾病的新型治疗技术和药物；推动相关技术的产业化转化，培育形成新的产业增长点；制定合成生物学相关技术标准和规范，引领行业健康发展。

（三）重点研究方向

项目围绕核心目标和技术路径，确立了四个重点研究方向，形成了全方位的攻关布局。

方向一：表观基因组设计原理与方法。研究高等生物表观遗传信息的编码规律，建立表观基因组设计的数学模型和计算方法；开发表观遗传修饰的精准编辑技术，实现对DNA甲基化、组蛋白修饰等的定点调控；探索表观基因组与基因组的协同作用机制，为精准设计功能完备的高等生物基因组提供理论基础。

方向二：大尺度DNA合成与组装技术。优化长片段DNA合成工艺，提高合成效率和准确性；开发新型DNA组装技术，实现多片段DNA的高效拼接；建立合成DNA的质量控制体系，确保合成基因组的稳定性和功能性；攻克高度重复序列、GC富集序列等复杂区域的合成难题，为高等生物基因组的全合成奠定基础。

方向三：跨物种基因递送与功能重塑。开发高效、安全的跨物种基因递送载体，提高合成基因组向高等生物细胞的递送效率；研究合成基因组在受体细胞中的表观遗传重塑机制，实现合成基因组的稳定表达；建立合成基因组功能验证的技术方法，评估合成基因组对受体生物表型的影响。

方向四：合成技术的应用探索。开展合成生物学技术在重大疾病治疗中的应用研究，开发针对染色体异常疾病、遗传性疾病、癌症等的新型治疗方案；探索合成技术在生物制造领域的应用，构建高效生产生物药物、生物能源、生物基材料的细胞工厂；研究合成生物的安全性评估与管控技术，建立完善的生物安全保障体系。

四、创新引领：项目的预期成果与应用前景

（一）学术突破：引领生命科学前沿发展

“合成高等生物”项目的实施，有望在生命科学领域取得一系列重大学术突破。项目将首次揭示高等生物表观基因组的设计原理与功能重塑机制，建立表观基因组精准设计与合成的技术体系，填补该领域的国际研究空白。

项目预期在《自然》《科学》《细胞》等国际顶级学术期刊发表一系列高水平研究论文，阐明生命复杂性的调控规律，推动生命科学从“解析生命”向“设计生命”的跨越。此外，项目还将培养一批具有国际影响力的学术带头人，提升我国在合成生物学领域的学术话语权，引领全球合成生物学的发展方向。

（二）技术革新：构建自主创新的技术体系

项目将攻克一系列合成生物学领域的“卡脖子”技术，形成具有自主知识产权的核心技术集群。预期将开发出10-15项关键核心技术，申请发明专利30-50项，形成涵盖表观基因组设计、DNA合成、基因递送、功能验证等全链条的技术体系。

这些技术不仅将支撑“合成高等生物”研究的深入开展，还将广泛应用于生物医药、生物制造、农业生物技术等多个领域，革新相关行业的技术范式。例如，在DNA合成技术方面，项目将进一步提高合成效率、降低成本，推动基因合成技术的普及应用；在基因递送技术方面，将开发出更高效、更安全的递送系统，为基因治疗的临床应用提供技术支持。

（三）产业赋能：支撑未来生物经济发展

项目的技术成果将为我国生物经济的发展提供强大支撑，培育形成新的产业增长点。在生物医药领域，项目开发的合成生物学技术有望为癌症、遗传病等重大疾病的治疗提供全新手段，开发出一批具有自主知识产权的新型药物和治疗技术，降低医疗成本，提高治疗效果，惠及广大患者 。

临床研究发现，很多疾病都与表观遗传特性相关，通过合成生物学的方式解析其功能，有望开发出靶向性更强的药物和精准治疗方案，为治愈实体癌症等难治性疾病提供新的可能 。在生物制造领域，项目将构建高效的细胞工厂，实现生物药物、生物能源、生物基材料等产品的绿色高效生产，替代传统化学合成方法，减少环境污染，降低资源消耗，推动产业结构升级。

据测算，项目相关技术的产业化应用，预计将在未来10-15年内形成千亿级的产业规模，带动生物医药、生物制造等相关产业的快速发展，为我国经济高质量发展注入新动能。

（四）人才培养：打造跨学科创新人才梯队

项目将通过“训练营”模式，培养一批兼具多学科背景的实战化合成生物创新人才。预期将培养博士研究生50-80名、硕士研究生100-150名、博士后20-30名，形成一支结构合理、素质优良的人才梯队。

这些人才将掌握合成生物学、计算机科学、化学工程、临床医学等多学科知识和技能，具备跨学科协同创新能力，将成为我国合成生物学领域的中坚力量，支撑未来产业的可持续发展。此外，项目还将促进五所高校之间的人才交流与合作，形成常态化的人才培养机制，为我国高等教育改革和创新人才培养提供有益借鉴。

五、协同保障：项目实施的机制创新与支撑体系

（一）管理机制创新：跨校协同的高效运行模式

为确保项目顺利实施，“合成高等生物”项目建立了一套完善的跨校协同管理机制。项目设立总体协调组、技术攻关组、人才培养组和保障服务组，明确各组职责分工，形成权责清晰、运转高效的管理体系。总体协调组由天津大学牵头，负责项目的整体规划、协调和决策；技术攻关组按研究方向分为四个 subgroups，由各高校的PI轮流担任组长，负责具体技术攻关任务的组织实施；人才培养组负责统筹协调研究生、博士后的联合培养工作；保障服务组负责设备共享、经费管理、知识产权等方面的服务保障。

项目实行“统一规划、分散实施、定期会商、协同推进”的运行模式，建立了月度例会、季度总结、年度评估的常态化沟通机制。通过视频会议、现场研讨等多种形式，加强各参与单位之间的沟通交流，及时解决项目实施过程中出现的问题。同时，项目引入第三方评估机构，对项目进展情况进行定期评估，根据评估结果及时调整研究方向和实施方案，确保项目始终沿着既定目标推进。

（二）资源共享机制：优化配置的创新网络

项目建立了全方位的资源共享机制，实现科研设备、实验材料、数据信息等资源的高效配置和充分利用。在设备共享方面，五所高校的国家级科研平台向项目团队全面开放，包括长片段DNA高精度合成系统、高通量测序仪、生物反应器等大型精密仪器设备，通过统一的预约管理系统，实现设备的跨校共享和高效使用。

在实验材料共享方面，项目建立了统一的实验材料库，整合各参与单位的菌种、质粒、抗体等实验材料，实现资源的集中管理和共享使用，避免重复购置和浪费。在数据信息共享方面，构建了项目专属的数据库和信息平台，整合基因组序列数据、表观遗传修饰数据、实验结果数据等各类信息资源，为项目团队提供全方位的数据支持和分析工具。同时，项目严格遵守数据安全和知识产权保护相关规定，建立了完善的数据共享和知识产权管理办法，确保数据安全和成果权益。

（三）经费与政策保障：全方位的支撑体系

“合成高等生物”项目作为教育部、财政部联合部署的先导项目，获得了充足的经费支持，为项目实施提供了坚实的资金保障。经费主要用于科研设备购置与升级、实验材料采购、人才培养、国际合作交流等方面，实行专款专用、统一管理的原则，确保经费使用的规范性和高效性。

此外，项目还获得了天津市人民政府及相关部门的大力支持，天津市副市长张玲在启动会上表示，将为项目提供全方位的政策支持和服务保障，包括科研用地、人才引进、产业化扶持等方面的优惠政策，助力项目在天津落地生根、开花结果。各参与高校也纷纷出台配套政策，在研究生招生、人才聘用、职称评定等方面给予倾斜，为项目团队提供良好的工作环境和发展空间。

为吸引更多优秀人才参与项目研究，天津大学还面向国内外公开招聘博士后7名，从事合成多细胞基因组和长片段DNA高精度合成系统相关研究工作，提供有竞争力的薪酬待遇、绩效奖励和完善的福利保障，支持申报各类博士后专项计划和科研项目，为人才成长提供广阔平台。

六、前瞻展望：合成生物学的未来图景与责任担当

（一）科学发展的新高度

“合成高等生物”项目的实施，将推动合成生物学进入全新的发展阶段。未来，随着项目的深入推进，人类有望逐步掌握设计和合成高等生物的核心技术，从根本上揭示生命的本质规律，实现对生命过程的精准调控。这不仅将极大丰富人类对生命科学的认知，还将为其他学科的发展提供新的思路和方法，带动生物物理学、生物信息学、系统生物学等相关学科的协同发展。

从更长远来看，高等生物合成技术的突破，可能会催生全新的科学研究领域，如“定制生命学”“合成生态学”等，推动人类文明进入新的发展阶段。正如基因组测序技术的发展带来了精准医学的革命，高等生物合成技术的突破也将为人类带来前所未有的发展机遇，有望在解决人口健康、粮食安全、能源短缺、环境污染等全球性挑战方面发挥关键作用。

（二）产业变革的新机遇

合成生物学技术的产业化应用，将引发新一轮的产业革命。在生物医药领域，基于合成生物学技术的新型药物研发将更加高效、精准，有望开发出针对癌症、艾滋病、遗传性疾病等重大疾病的根治性治疗方案；细胞治疗、基因治疗等新兴治疗技术将不断成熟，为患者带来新的希望。

在生物制造领域，绿色生物制造将逐步替代传统化学制造，实现从“石油基”到“生物基”的产业转型，生产出更加环保、安全、高效的化工产品、材料和能源。在农业领域，通过合成生物学技术改造的农作物将具有更高的产量、更好的品质和更强的抗逆性，有望解决全球粮食短缺问题；合成微生物肥料、生物农药等产品的广泛应用，将推动农业可持续发展。

据相关机构预测，到2030年，合成生物学技术将在全球创造数万亿美元的经济价值，成为未来经济发展的核心驱动力之一。“合成高等生物”项目的技术成果，将为我国在这场产业变革中抢占先机、赢得主动提供强大支撑。

（三）社会责任与伦理考量

随着合成生物学技术的快速发展，其带来的伦理、法律和社会问题也日益受到关注。“合成高等生物”项目在追求科学突破和技术创新的同时，始终高度重视生物安全和伦理规范，坚持科学研究与社会责任相统一。

项目严格遵守《中华人民共和国生物安全法》《合成生物学研究伦理指导原则》等相关法律法规和伦理要求，建立了完善的生物安全管理体系和伦理审查机制。在项目实施过程中，将对合成生物的安全性进行全面评估和严格管控，防止出现生物泄漏、生态污染等风险；同时，加强对研究人员的伦理教育，引导其树立正确的科学观和责任观，自觉遵守伦理规范。

项目还将积极参与合成生物学领域的国际规则制定，加强与国际社会的沟通交流与合作，分享研究成果和经验，共同应对全球生物安全挑战。天津大学作为项目牵头单位，曾受外交部、科技部委派，参与联合国《禁止生物武器公约》缔约国谈判，在美国华盛顿举办合成生物学安全性问题“二轨会谈”，为国家生物安全提供了重要科技支撑 。未来，项目团队将继续发挥这一优势，在推动合成生物学健康发展的同时，为构建人类命运共同体贡献中国智慧和中国方案。

结语

“合成高等生物”先导项目在天津大学的正式启动，是我国合成生物学领域发展的重要里程碑，标志着我国在这一战略前沿领域的研究进入了规模化、系统化、协同化的新阶段。这一项目的实施，不仅将推动我国在生命科学领域实现从跟跑到领跑的跨越，为国家科技自立自强提供强大支撑，更将为人类健康和社会发展带来深远影响。

在教育部、财政部的坚强领导下，在天津市人民政府的大力支持下，在12位院士和专家的悉心指导下，在五所高校科研团队的协同努力下，“合成高等生物”项目一定能够攻克世界科学难题，取得一系列重大原创性成果，培养一批高水平创新人才，为我国“十五五”未来产业发展注入新动能。我们有理由相信，随着项目的深入推进，我国合成生物学研究将不断迈向新的高峰，为人类文明进步作出更大的贡献。

站在新的历史起点上，“合成高等生物”项目的科研工作者们将以敢为人先的创新精神、脚踏实地的科研作风、协同攻关的团队意识，勇攀科学高峰，破解生命密码，书写合成生物学发展的新篇章，为实现中华民族伟大复兴的中国梦提供坚实的科技支撑。