合成生物学被认为是认识生命的钥匙和改变未来的颠覆性技术，被誉为“第三次生物科学革命”，是推动人类从“认识生命”到“设计生命”跨越的重要技术路径。
合成生物学是生物学、化学和计算机科学的交叉领域，是通过基因工程和生物合成途径制造生产药物、食品以及燃料等生物产品的学科，具有低碳、环保、高效、精准的独特优势。生物科技（BT）、信息科技（IT）、数字技术（DT）及人工智能（AI）的融合交叉将深刻影响人类未来发展。
合成生物学之所以能够成为现代生物技术的核心，得益于一系列先进技术的支持。多组学技术在其中发挥着关键作用。多组学技术是联合两种或两种以上组学，如基因组、转录组、蛋白质组或代谢组学，分析不同生物分子层次的批量数据，建立不同层次生物分子间的关联，以对生物样本进行系统性研究的方法，是研究复杂生物体系的良好工具。
多组学在合成生物学领域的应用
根据中国科学院微生物研究所《多组学技术及其在生命科学研究中应用概述》中的研究，在合成生物学领域，合成代谢产物产量直接与酶活性和含量相关，而酶活性和含量直接与基因结构及活性相关，因此，多组学整合分析，去研究合成酶组是必要和有效的。为了从多组学角度有效提升细胞合成效率，有必要合理利用多组学技术在合成生物学领域的应用。
如下图所示，在基因组及转录组水平，以DNA或者RNA序列为基础，进行元件库构建。在蛋白质组水平可以进行合成酶组的组成、含量和功能分析。在代谢组水平可进行代谢物含量和活性分析。通过整合多组学数据的关联分析，可解决合成生物学领域重大关键的技术及工艺问题：（1）如从生长阶段（初级代谢）到生产阶段（次级代谢），其蛋白质组（酶组）和代谢组的关系（2）底物转化效率和酶的相关性；（3）初次代谢和次级代谢转化时机的评估等。可具体应用于合成生物学领域工程菌株筛选、代谢途径优化、隐性代谢途径发现及合成酶的筛选等。
多组学在合成生物学领域应用技术路线
来源：《多组学技术及其在生命科学研究中应用概述》
以紫杉醇和DHA的合成为例
以紫杉醇的合成为例，紫杉醇是医药市场上最优秀的天然抗肿瘤药物之一，被认为是近20年内最有效的抗癌药物之一，同时也是是全球销量第一的植物抗癌药。紫杉醇在临床上是用于乳腺癌、卵巢癌和部分头颈癌和肺癌的治疗的一线药物，其国际医药市场需求巨大。
紫杉醇的合成是合成生物学领域的重大挑战，其复杂的四环骨架和11个手性中心使得传统提取和化学合成效率极低。多组学技术通过基因组学解析红豆杉特有的基因簇（如CYP725A家族）及合成相关基因分布规律，转录组学对比不同时期细胞差异以筛选关键酶（如TOT1、T9αH1），代谢组学验证合成路径及中间体积累情况，蛋白质组学指导酶工程改造（如DBAT、BAPT）提升催化效率，空间多组学结合单细胞转录组与质谱成像揭示紫杉醇在特定细胞类型的积累及合成酶的空间协同表达，同时多组学数据与AI整合预测酶结构、优化代谢流和发酵工艺，多维度协同助力紫杉醇生物合成途径的解析、宿主代谢网络的优化及高效合成体系的构建。
DHA（二十二碳六烯酸）的合成也广泛应用多组学技术，DHA是唯一一个在册的Omega-3多不饱和脂肪酸的营养素，于2023年6月14日列入国家保健品食品原料目录，从此打开了DHA保健品应用法规通道，得以添加到婴幼儿配方食品、膳食补充剂、特膳特医食品等健康食品中。
嘉必优（688089.SH）是国内较早入局DHA研发与生产应用的企业，据其并购欧易生物的《草案》描述，嘉必优通过基因组与转录组学技术，可以揭示菌株在不同生长阶段的基因表达模式和代谢状态动态变化，建立发酵工艺参数与细胞状态的关联模型，从而实现DHA发酵过程的实时监控与精准调控，提升产率和纯度。与此同时，通过多组学技术，还能实现DHA产品“功效机制的进一步开发和利用”，将DHA生产从营养领域延伸至生物材料等更广泛场景。
欧易生物是致力于为生命科学研究提供多组学技术的研究服务机构，产品涵盖单细胞及时空多组学、基因组学、转录组学、表观组学、蛋白组学、代谢组学、生物信息学以及临床诊断产品开发。嘉必优作为一家合成营养素公司，欲将欧易生物收入囊中，想来也是致力夯实组学技术基石，为其在合成生物学领域的持续发展注入新的动力。
合成生物学作为一门极具前景的前沿学科，正引领着生命科学研究与应用的深刻变革。而多组学技术作为其关键技术基石，凭借对生物体系的系统性、深入性解析，为合成生物学的发展提供了不可或缺的支撑。随着多组学技术的不断创新与完善，其与人工智能、大数据等前沿技术的深度融合将为合成生物学带来更广阔的创新发展空间，有望推动合成生物学在医药、食品、能源等多个领域实现更多重大突破。
