合成生物學被認為是認識生命的鑰匙和改變未來的顛覆性技術，被譽為“第三次生物科學革命”，是推動人類從“認識生命”到“設計生命”跨越的重要技術路徑。

合成生物學是生物學、化學和計算機科學的交叉領域，是通過基因工程和生物合成途徑制造生產藥物、食品以及燃料等生物產品的學科，具有低碳、環保、高效、精準的獨特優勢。生物科技（BT）、信息科技（IT）、數字技術（DT）及人工智能（AI）的融合交叉將深刻影響人類未來發展。

合成生物學之所以能夠成為現代生物技術的核心，得益于一系列先進技術的支持。多組學技術在其中發揮著關鍵作用。多組學技術是聯合兩種或兩種以上組學，如基因組、轉錄組、蛋白質組或代謝組學，分析不同生物分子層次的批量數據，建立不同層次生物分子間的關聯，以對生物樣本進行系統性研究的方法，是研究復雜生物體系的良好工具。

多組學在合成生物學領域的應用

根據中國科學院微生物研究所《多組學技術及其在生命科學研究中應用概述》中的研究，在合成生物學領域，合成代謝產物產量直接與酶活性和含量相關，而酶活性和含量直接與基因結構及活性相關，因此，多組學整合分析，去研究合成酶組是必要和有效的。為了從多組學角度有效提升細胞合成效率，有必要合理利用多組學技術在合成生物學領域的應用。

如下圖所示，在基因組及轉錄組水平，以DNA或者RNA序列為基礎，進行元件庫構建。在蛋白質組水平可以進行合成酶組的組成、含量和功能分析。在代謝組水平可進行代謝物含量和活性分析。通過整合多組學數據的關聯分析，可解決合成生物學領域重大關鍵的技術及工藝問題：（1）如從生長階段（初級代謝）到生產階段（次級代謝），其蛋白質組（酶組）和代謝組的關系（2）底物轉化效率和酶的相關性；（3）初次代謝和次級代謝轉化時機的評估等。可具體應用于合成生物學領域工程菌株篩選、代謝途徑優化、隱性代謝途徑發現及合成酶的篩選等。

多組學在合成生物學領域應用技術路線

來源：《多組學技術及其在生命科學研究中應用概述》

以紫杉醇和DHA的合成為例

以紫杉醇的合成為例，紫杉醇是醫藥市場上最優秀的天然抗腫瘤藥物之一，被認為是近20年內最有效的抗癌藥物之一，同時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，其國際醫藥市場需求巨大。

紫杉醇的合成是合成生物學領域的重大挑戰，其復雜的四環骨架和11個手性中心使得傳統提取和化學合成效率極低。多組學技術通過基因組學解析紅豆杉特有的基因簇（如CYP725A家族）及合成相關基因分布規律，轉錄組學對比不同時期細胞差異以篩選關鍵酶（如TOT1、T9αH1），代謝組學驗證合成路徑及中間體積累情況，蛋白質組學指導酶工程改造（如DBAT、BAPT）提升催化效率，空間多組學結合單細胞轉錄組與質譜成像揭示紫杉醇在特定細胞類型的積累及合成酶的空間協同表達，同時多組學數據與AI整合預測酶結構、優化代謝流和發酵工藝，多維度協同助力紫杉醇生物合成途徑的解析、宿主代謝網絡的優化及高效合成體系的構建。

DHA（二十二碳六烯酸）的合成也廣泛應用多組學技術，DHA是唯一一個在冊的Omega-3多不飽和脂肪酸的營養素，于2023年6月14日列入國家保健品食品原料目錄，從此打開了DHA保健品應用法規通道，得以添加到嬰幼兒配方食品、膳食補充劑、特膳特醫食品等健康食品中。

嘉必優（688089.SH）是國內較早入局DHA研發與生產應用的企業，據其并購歐易生物的《草案》描述，嘉必優通過基因組與轉錄組學技術，可以揭示菌株在不同生長階段的基因表達模式和代謝狀態動態變化，建立發酵工藝參數與細胞狀態的關聯模型，從而實現DHA發酵過程的實時監控與精準調控，提升產率和純度。與此同時，通過多組學技術，還能實現DHA產品“功效機制的進一步開發和利用”，將DHA生產從營養領域延伸至生物材料等更廣泛場景。

歐易生物是致力于為生命科學研究提供多組學技術的研究服務機構，產品涵蓋單細胞及時空多組學、基因組學、轉錄組學、表觀組學、蛋白組學、代謝組學、生物信息學以及臨床診斷產品開發。嘉必優作為一家合成營養素公司，欲將歐易生物收入囊中，想來也是致力夯實組學技術基石，為其在合成生物學領域的持續發展注入新的動力。

合成生物學作為一門極具前景的前沿學科，正引領著生命科學研究與應用的深刻變革。而多組學技術作為其關鍵技術基石，憑借對生物體系的系統性、深入性解析，為合成生物學的發展提供了不可或缺的支撐。隨著多組學技術的不斷創新與完善，其與人工智能、大數據等前沿技術的深度融合將為合成生物學帶來更廣闊的創新發展空間，有望推動合成生物學在醫藥、食品、能源等多個領域實現更多重大突破。