前言

當(dāng)前，全球科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的浪潮洶涌而來(lái)，各學(xué)科之間的交叉融合不斷深化，科學(xué)研究范式正在經(jīng)歷前所未有的變革。世界各國(guó)紛紛布局，大力推動(dòng)科技創(chuàng)新戰(zhàn)略和政策的制定及實(shí)施，以期提升自身的科技實(shí)力和競(jìng)爭(zhēng)力，適應(yīng)新的科技發(fā)展趨勢(shì)。科技創(chuàng)新戰(zhàn)略和政策的制定及實(shí)施，旨在加強(qiáng)重點(diǎn)領(lǐng)域的研發(fā)投入，如生物制造、人工智能、生物技術(shù)、新能源等具有重要戰(zhàn)略意義的領(lǐng)域。這些領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展，不僅有助于推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高人民生活水平，還將為應(yīng)對(duì)氣候變化、公共衛(wèi)生等全球性挑戰(zhàn)提供強(qiáng)有力的支持。

合成生物學(xué)是一個(gè)跨學(xué)科領(lǐng)域，其運(yùn)用工程學(xué)理念，重新設(shè)計(jì)、改造甚至重新合成生物體，突破傳統(tǒng)自然發(fā)生和進(jìn)化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量或性能的提升。通過(guò)合成生物學(xué)，科學(xué)家們可以設(shè)計(jì)和構(gòu)建新的生物部件、設(shè)備和系統(tǒng)，以及通過(guò)基因編輯技術(shù)改進(jìn)現(xiàn)有的生命系統(tǒng)。這促進(jìn)了對(duì)生命密碼從“讀”到“寫(xiě)”的跨越，打開(kāi)了從非生命化學(xué)物質(zhì)向生命物質(zhì)轉(zhuǎn)化的大門(mén)，催生了繼DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)和人類基因組測(cè)序之后的“第三次生物科學(xué)革命”。

同傳統(tǒng)的生物技術(shù)相比，合成生物學(xué)有以下三大突出優(yōu)勢(shì)。其一，推動(dòng)生命設(shè)計(jì)新技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)啟智創(chuàng)時(shí)代。合成生物學(xué)在生物技術(shù)顛覆性創(chuàng)新方面展現(xiàn)出無(wú)限可能和巨大潛力。其二，推動(dòng)生物制造新戰(zhàn)略的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。合成生物學(xué)具有“原料循環(huán)可持續(xù)、生產(chǎn)路徑經(jīng)濟(jì)高效、生產(chǎn)產(chǎn)品性能優(yōu)越”的優(yōu)勢(shì)；基于合成生物學(xué)設(shè)計(jì)的生物功能模塊具有簡(jiǎn)單、可控的特點(diǎn)，使其更易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、工程化和規(guī)模化。其三，推動(dòng)交叉領(lǐng)域新變革，凸顯多重價(jià)值。合成生物學(xué)天然具有交叉學(xué)科屬性，基因技術(shù)、納米材料、信息科學(xué)等技術(shù)的迅速發(fā)展為合成生物學(xué)實(shí)現(xiàn)了“快充”式“蓄能”，而這種“能量場(chǎng)”的“高電勢(shì)”又能在能源、農(nóng)業(yè)、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛“賦能”。

合成生物學(xué)在誕生之際，便與信息技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的縱深積累以及人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，使得人工智能在合成生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用成為必然。在合成生物學(xué)領(lǐng)域，人工智能的應(yīng)用可以幫助科學(xué)家們更好地理解和預(yù)測(cè)生命系統(tǒng)的行為，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)和改造。也就是說(shuō)，人工智能在合成生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用將促進(jìn)智能化、自動(dòng)化、體系化的生物技術(shù)與生物體系的形成，加速醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、能源等多個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新、創(chuàng)造，引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)模式的發(fā)展，對(duì)于保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、支撐國(guó)家建設(shè)與國(guó)家安全具有重大戰(zhàn)略意義。

本書(shū)對(duì)合成生物學(xué)的核心概念和原理進(jìn)行系統(tǒng)的梳理，介紹人工智能技術(shù)在合成生物學(xué)不同層面中的應(yīng)用概況，并探討合成生物學(xué)技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、健康、能源、環(huán)境、材料等領(lǐng)域的潛在價(jià)值和戰(zhàn)略意義，預(yù)測(cè)合成生物學(xué)與人工智能技術(shù)交叉融合的發(fā)展趨勢(shì)，以期讓從事生物、信息、醫(yī)藥、化工、能源、資源和環(huán)境等領(lǐng)域的相關(guān)科研人員從中有所收獲。

“合成生物學(xué)”是高度匯聚各學(xué)科知識(shí)與前沿技術(shù)的新興學(xué)科，又具有深度賦能各研究和應(yīng)用領(lǐng)域的巨大潛力。鑒于此，在撰寫(xiě)本書(shū)的過(guò)程中，我們組織了多輪籌劃組織、編寫(xiě)研討和校稿提升工作，力求準(zhǔn)確、全面地將相關(guān)內(nèi)容呈現(xiàn)給讀者。但由于該領(lǐng)域發(fā)展迅猛，且筆者自感自身水平有限，故書(shū)中難免有疏漏和不妥之處，誠(chéng)盼讀者在翻閱之余，撥冗指正，提出寶貴建議！我們會(huì)在后續(xù)的更新完善中不斷提高。

最后，本書(shū)得以順利付梓，離不開(kāi)筆者所在單位領(lǐng)導(dǎo)的大力支持、諸多同行的鼎力相助以及實(shí)驗(yàn)室小伙伴們的積極參與，筆者在此表示衷心的感謝！相信在未來(lái)的研究和應(yīng)用中，合成生物學(xué)與人工智能的交叉領(lǐng)域?qū)?huì)出現(xiàn)更輝煌的成就！