文：生輝、莫十二

來源：iSynBio造物（ID：isynbio_zaowu）

此前，第四屆工程生物創新大會暨第二屆中國合成生物學學術年會暨首屆亞洲合成生物創新大會在深圳光明科學城成功舉辦，本次大會以“合成生物：未來生物經濟的引擎”為題。

蒙牛集團創投基金負責人高航出席大會并發表了精彩演講。以下為高航完整版演講內容，經少量編輯、修改后發出。

大家好，今天跟大家分享的是從傳統營養學到精準營養的發展，以及合成生物學可以如何助力精準營養。

營養學發展有四個階段：

階段一：維生素發現的大爆炸時代。在一、二戰時期，人類的營養非常匱乏，使得人們更加關注營養素與疾病的關聯。B、C 族維生素、維生素 D 等在這一階段被科學家們發現與研究；

階段二：脂肪、碳水化合物爭論階段。二戰以后，以美國為代表的國家開始研究碳水、脂肪與健康的關系，并逐漸升級改造復合營養元素的制造；

階段三：膳食補充劑與慢性病。在欠發達國家，營養素缺乏導致的疾病發生仍是很嚴重的現象，因此人們希望通過一些膳食補充劑來降低營養素缺乏造成的疾病。而在發達國家，慢性疾病發病率顯著上升，人們認為補充膳食補充劑能夠有效地預防這些慢性病的發生；

階段四：證據積累，膳食模式。隨著大型前瞻性隊列研究、隨機對照試驗、遺傳協作組的出現，隨著 BT、IT 的發展，使得大數據、人工智能大型隊列可以用在遺傳病和食品營養研究中。此時人們開始積累基于人群的營養證據，并利用遺傳工具來研究營養素、食物和疾病可能有怎樣的因果關聯，并把焦點從營養素的研究轉向了膳食模式和食物整體。

以上就是營養學的大致發展路徑。

今天我們講到的精準營養，也稱為個性化營養干預，是精準醫療在營養界的延伸，即在綜合考慮個體遺傳特征、腸道微生態、代謝特征、生活習慣以及生理狀態等因素基礎上，給與安全高效的營養干預，從而實現有效預防和控制疾病的目的，包括精準的營養元素補充和醫療。

過去生命健康領域最尖端的技術集中在治療環節，未來將更多關注主動健康管理，此時需要通過攝入食品的方式來實現。從個人的遺傳因素、腸道微生態、代謝、生活習慣等等多方面的因素來進行干預，從而進行有效的疾病預防。隨著 BT、IT 的融合發展，以及機器學習、可穿戴設備的應用，我們可以精準獲取人體的生理數據，從而為精準營養帶來更大可能性。

根據瑞銀的統計，2025 年精準營養的全球市場規模約為 13 億美元，直到 2030 年，年復合增長率都在 50%—100% 以上，隨著底層技術的發展，我們認為 5 年以后，精準營養將會是一個巨大的市場。

精準營養將從以下三個層面逐漸實現，分別為：初級的分層營養，試圖將具有共同特征（如性別、懷孕）的個人分組，并提供適合每個群體的營養建議；漸進的個性化營養，比分層營養更進一步，主要基于生物學測量（如表觀遺傳學）提供適合個人的營養建議；精準營養，也是終極目標，結合個人的遺傳（生物學）、環境和生活方式信息，提供適合個人的營養建議。

實現個性化營養不僅需要信息的輸入和引擎（數據的收集和闡釋），即數據的準確性、時效性和非侵入性，符合數據保護和監管；還需要輸出和參與（如何“指導”和如何監控），即改變行為。

一個人的生活方式、環境、營養決策的制定將會反復驗證營養健康回路，并對其進行實時跟蹤，最終會產生很好的輸出參數來對個體的精準營養進行指導。基于此，個性化營養主要集中在量身定制的食物建議和/或基于維生素和礦物質需求的膳食建議。

目前國內外采取的有四種方法：

①個性化產品：產品是基于個人的數據完全定制開發的，數據來源包括問卷答復、血液、微生物組或 DNA。

②個性化體驗：作為 DTC 電商平臺的一部分通過數據信息導航量身定制選擇，如“按目標購物”或飲食偏好。

③個性化選擇：具備 VMS 能力或原產地的品牌量身定制的單一成分（或組合）產品的一系列選擇。

④個性化的生活方式：通常將產品和硬件包含在一起，并且越來越多地以食品或飲料的產品形式交付。

在精準營養的產業鏈圖譜上有一條服務鏈。通過個性化的檢測，如基因檢測、營養代謝檢測、腸道生態和生理生化等得到健康大數據，為每個人建立個性化健康檔案；再通過檢測、干預、跟蹤的手段，對其進行營養評價，之后通過代餐、配送、一日三餐，或者還可以通過 3D 打印技術把需要的營養元素制作成美味的健康餐，從不同維度為人們的營養健康需求，提供個性化服務的精準營養解決方案。

具體有以下三大維度，分別是：

①生理特征、生活方式分析及干預：在膳食營養、體力活動、睡眠節律和社會心理等方面進行生活方式的干預；

②表觀型分析及干預：在臨床體格檢查、標志物檢測、代謝組學和蛋白質組學等多組分方面做整合健康管理；

③通過基因型分析及干預：將腸道微生物組學、表觀遺傳學和基因組學檢測結果與臨床指標做結合，從而進行精準營養的干預。

在合成生物學的產業鏈圖譜里，底層是工具層（使能技術和基礎原料），包括 DNA 合成、DNA 測序、DNA 元件庫、基因編輯（CRISPR-Cas9）、工具酶/酶工程和模式底盤生物庫，應用層面與精準營養相關的是食品飲料、醫療健康行業。

那么合成生物如何助力精準營養？

第一，在健康科技方面，比如數字療法和健康管理平臺中，可以通過 DNA 合成、測序、大數據機器學習等，在這個領域得到應用。需要說明的是，合成生物學不僅是選品，更多的是健康服務的意識以及是一個服務的平臺，整體來說是一種生態系統的搭建；

第二，在未來新產品方面，可以把基因編輯、工具酶工程等技術應用于特醫食品、營養健康食品的研發中；

第三，在創新制造方面，如生物基的材料、功能食品的創制等，都需要廣泛應用 DNA 合成技術、模式底盤合成生物的技術，以上都需要突破合成生物學關鍵技術壁壘；第四，在新蛋白、功能原料方面，需要通過合成生物學中一些生物設計軟件和云端生物鑄造廠等，來完成整個代謝通路的搭建，從而構建起較好的服務。

合成生物學在醫療板塊主要有以下三方面的應用：

①基因治療，基因治療涉及的多種關鍵組件，包括了含有目的基因的重組核酸、遞送載體、基因編輯工具以及靶細胞。目前，病毒載體仍舊是基因治療最主要、最常用的遞送技術，尤以腺相關病毒（AAV）的應用最為廣泛。

②微生物療法，涉及微生態制藥、微生態疫苗、噬菌體療法等諸多方向。合成微生物群落在療法上也在不斷地取得進展，其已經被設計用于改善艱難梭菌感染、自身免疫病、炎癥性腸病治療和輔助癌癥免疫治療等，這些群落在動物模型中取得了良好的效果。

③細胞療法，T 細胞、B 細胞、NK 細胞，甚至紅細胞，都被用作療法設計的對象。該方向上，CAR-T 無疑是最具代表性的合成生物學設計，嵌合抗原受體（CAR）是模塊化融合蛋白，由細胞外抗原識別元件、跨膜結構域和細胞內信號結構域所組成。而通過將 CAR 分子工程化改造進入 T 細胞當中，可以使后者具有額外的抗原特異性來重新定向靶細胞。

在醫藥、醫療健康板塊包括：

①人工智能先導藥物的發現與生產。利用合成生物技術改造的細胞也被應用到了與藥物相關的領域，代表性案例是“抗瘧疾藥物青蒿素前體的生物合成”。合成生物學也為發現新型抗癌藥物提供了全新的方法論。

②mRNA 藥物/疫苗的合成。目前主要有寡合苷酸藥物和 mRNA 藥物。此外，還可以利用合成生物技術來重編程基因以產生減毒病毒，活體的減毒脊髓灰質炎病毒疫苗的成功構建便是其中的典型案例。

③體外檢測。利用合成生物學工具層和平臺層，可以實現精準的體外檢測。采用個性化診斷以識別從健康到疾病的最早轉變，以及在疾病顯現之前采取可以逆轉病理生理變化的預防措施。這種策略包括對個人進行深入的表型分析，并結合數據采取行動來改善健康狀況，避免或減輕疾病軌跡。

在食療保健板塊包括：

①精準合成高質量低成本的食品原料：比如利用微生物，如酵母、細菌或酶發酵產生特定的食物分子，并生產動物性食品，如肉類、乳制品。美國植物肉品牌 Impossible Foods，其主營產品人造肉便是基于 DNA 合成、DNA 組裝、遺傳元件庫建設以及基因線路設計來改造優化巴斯德畢赤酵母菌種，將其生產的大豆血紅蛋白添加到人造肉餅中改善漢堡風味。

②精準合成關鍵功能性營養因子：隨著越來越多的功能性食品代謝途徑被闡明，合成生物學已廣泛應用于類胡蘿卜素（如番茄紅素、β-胡蘿卜素和蝦青素）、甲萘醌-7（維生素 K2）、葉黃素和母乳低聚糖（HMO）等功能性食品的生物合成。

③精準合成食品風味物質：通過微生物來生產香料、甜味蛋白和甜味劑，用細胞工廠生產甜菊糖苷、阿洛酮糖等天然甜味劑及檸檬烯、香蘭素等香料產品。

來自全球的新興技術公司、國際乳品巨頭、國內巨頭都在合成生物學方向有布局。比如在精準營養上的布局，以 BASF、IFF、雀巢為主的國際巨頭都有相關動作。

BASF 是世界著名的化工企業，近幾十年也在中國布局營養健康的技術，比如與湯臣倍健展開戰略合作，共同致力于開發精準營養解決方案，推出了系列精準營養測試服務，包括眼健康-黃斑色素檢查和葉黃素精準營養解決方案；

IFF 主要專注于益生菌與營養健康；DSM 以營養功能為主，近 10 年在全球做了廣泛的投資布局和并購布局，至今已經投資了從事營養、3D 打印、生物醫學等方向的初創公司，重點關注人造肉、替代蛋白、香精香料、有益菌群、防腐劑等等領域；

雀巢重點關注生命科學以及底層技術，在臨床醫藥和臨床營養做了布局，希望先從臨床上進行精準營養的突破，專注于兒科疾病、老年、重癥/外科疾病、腦健康、代謝性疾病和消化疾病六大治療領域，目前雀巢已經往醫療健康、主動健康方向做轉型升級了。

在國內，華大基因作為精準營養的先行者，有著大數據、大平臺的優勢，以及先進成熟的基因測序技術，為個性化營養服務提供了堅實的基礎，打造了從檢測到干預的精準營養健康管理閉環。

湯臣倍健聯合京東健康，依托大數據實現 C2M 反向定制，以用戶為中心，根據用戶的個性化需求組織生產，不斷優化京東專供產品。

華東醫藥與安琪集團成立的美琪健康將推進以微生物技術為基礎的營養健康食品原料和個人護理功能原料等大健康產品研發、生產和銷售。目前華東醫藥也在持續布局司美格魯肽降糖減肥的產品。

對于行業的未來發展，我們有以下幾點展望:

1、合成生物學可以通過基因編輯、蛋白質工程等技術，創造出新型蛋白質和新型代謝產物，解決傳統營養解決不了的問題，為健康個性化定制提供更多的可能；

 2、合成生物學在營養健康的應用需要大量數據的支持，這些數據可以通過先進的計算機模擬和機器學習技術來處理和分析，從而實現更加精準的營養和健康干預；

 3、營養加工設備商會有很好國產替代的可能，國產替代可以把營養品的成本降低，這也是未來合成生物學助力營養健康的一大板塊；

 4、合成生物技術已經成功地應用于植物和動物組織培養、腸道微生物組、蛋白質改良等多個領域。未來，還將有更廣泛的應用以滿足不同的營養需求。

整體來看合成生物學與精準營養結合有以下幾點：

1、合成生物學促進大健康發展。在慢性病領域，合成生物學公司的 2.0 版本可能不是做原料的，而是提供健康解決方案的公司。從基因檢測一直到制造管線，這樣可以形成一個很好的服務閉環，而不是簡單的商業閉環；

2、優化食品和飲料。利用合成生物技術，通過精密發酵的形式，改良食品和飲料的口感和營養成分，以滿足人們對各種食物和飲料的需求和期望，這將使人們有更多更健康、更營養豐富的選擇；

3、加速創新與推廣。合成生物學還需要充足的人才梯隊，從大的商業邏輯來看，合成生物學還處在起步階段，未來希望大量的大健康或者商業人才進入這個行業、更好的品牌商進入這個領域，從而能夠給消費者、患病人群、慢病人群更多的選擇；

4、取得更好的成果。隨著大數據越來越發達，IT、BT 的融合，ChatGPT 的發展，這些技術都將在大健康服務里面占據一席之地。通過人工智能手段可以獲取到消費級的數據，同時通過 DNA 表觀遺傳學的檢測得到一些數據，給大家提供更好的健康服務，從而幫助做出更加準確的預測和更加精細的干預，并達到更好的效果。

整個精準營養和合成生物學也面臨一些挑戰和問題：

首先在監督管理方面，需要建立相應的監管管理機制，加強技術標準制定和執行情況的審查，確保所有產品和服務都符合真正的營養需求和環境考慮，所以在這方面我們要有前瞻意識；

其次在費用成本方面，由于研究需要巨額資金投入，而且生產成本可能較高，使得相關技術難以普及到廣大民眾中，所以社會化資本和民間資本的參與也非常關鍵；

接著，在知識產權方面，隨著行業持續發展，我們如果做出海的業務，就會跟國際上的巨頭公司進行競爭，所以在知識產權上要做更好的設計和保護措施；

最后要強調的是，合成生物學是環境安全、綠色生物制造的新技術，未來國家一定會大力支持這個領域。