合成生物學研究的工程化平臺

崔金明 張炳照 馬迎飛 傅雄飛 王 猛 劉陳立*

1 中國科學院深圳先進技術研究院 深圳 518055

2 中國科學院天津工業生物技術研究所 天津 300308

設計與合成可預測的生命體，不僅是合成生物學領域的核心科學問題，也是工業、農業、醫學等各大領域應用的必要前提。合成生命體往往具有高度復雜性，這決定了其需要海量的工程化試錯性實驗，即需要快速、低成本、多循環地完成“設計—構建—測試—學習”這一閉環。

例如，合成生物學研究中一個重要的方向是利用分子元件創建基因線路，并利用這些基因線路重編程細胞，賦予它們新的能力。然而，人工設計的基因線路很難完全按照預期工作，往往需要數周或數月的時間進行反復調諧，這主要是因為人們對基因線路核心設計原理的理解有限，且目前仍缺乏多元化、表征詳細的優質元件。應對這一難題的最有效手段，是工程化、大批量測試多種元件及多種線路組合，獲取海量實驗數據并分析改進。即通過“設計—構建—測試—學習”這一閉環，深入掌握基因線路的設計原理，同時積累大批優質元件，從而讓合成生物學的基因線路設計變得更加直接和可預測，提高研究效率[1,2]。

顯然，海量的工程化試錯實驗將遠遠超出傳統的勞動密集型研究范式的能力范疇，因而亟需一種變革性的工程化研究平臺。工程化平臺能夠快速積累經驗知識，是實現生命體可預測合成的科學基礎；在其之上，逐步推廣生物元件、基因線路、代謝途徑、基因組、生物系統乃至多細胞體系的標準化，最終實現對生命體的理性設計與可預測的合成。本文將介紹全球合成生物學研究的一些工程化平臺，及其上下游機構的發展案例、創新機制與趨勢。

1 合成生物學研究工程化平臺的發展案例

生命體的工程化大批量合成，與輕工業中家用電器和電子等離散產品的生產制造有一定相似性，因此這些領域的智能制造、智能工廠理念被引入到合成生物學研究中。簡單來說，即推進生產設備與生產線智能化，通過引進各類符合生產所需的智能裝備（如液體操作平臺、PCR 儀、酶標儀、自動培養箱、離心機等），建立基于信息物理系統的車間級智能生產單元（如以機器手或傳送帶串聯），提高精準制造、敏捷制造能力。更深入來說，是引入個性化定制與互聯工廠理念，通過互聯網平臺開展大規模個性定制模式創新，充分滿足研究者用戶多元化需求的同時，實現生命體的遠程定制、異地設計、規模經濟生產。該類用于合成生物學研究的自動化設施是工程化平臺的核心，亦稱為生物鑄造廠（BioFoundry）[3]。

1.1 國外案例

至今為止，美國政府已支持設立 3 個大型合成生物學研究中心，英國政府已經資助 6 個大型合成生物學研究中心。德國、荷蘭、日本、新加坡、澳大利亞等國也在緊密跟進。在各大研究中心與學術機構中，一般都搭建有生物鑄造廠作為核心。這些合成生物學自動化設施平臺既用于加速學術研究，也用于推動產業發展（表1）①Global BioFoundry Meeting Workshop Report. Imperial College London, 2018.。許多企業也搭建了自己的自動化設施平臺，如美國 Amyris 公司、Ginkgo Bioworks 公司、Zymergen 公司、Transcriptic 公司等。這些設施平臺的規模不一，功能大都是幫助研究人員將特定的基因線路設計自動化裝載到活細胞中，并輔以高通量測試。工作流程往往都依照“設計—構建—測試—學習”的循環來組織，以實現工程化的海量試錯。

表1 全球學術機構的知名合成生物學自動化設施平臺

其中，美國國防高級研究計劃局（DARPA）資助的“生命鑄造廠（Living Foundries）計劃”是實施最早、規模最大的計劃之一，自 2011 年 5 月啟動以來已累計部署經費近 4 億美元。“生命鑄造廠計劃”的目標是利用合成生物學技術，以自然界已有的自然物質或合成物質為基礎，構建基于生物體的新型制造平臺，將生物設計、研發、制造過程變成工程設計問題，通過對自然生物的操縱來獲取原創性新材料、新器件、新系統和新平臺，實現軍用高價值材料和設備的“按需設計與生產”。該研究計劃的最終目標是壓縮生物設計、制造、測試周期和成本，實現生物元器件和生物制造平臺的模塊化標準化設計，推動生物制造平臺質的突破，追求在材料（如含氟聚合物、潤滑劑、對抗惡劣環境的特殊涂層）、傳感（如自我修復和自我再生系統）、制造（包括已知分子和新分子、半導體器件等的生物制造）等領域的轉化應用，打造美國的戰略和經濟優勢[4]。

“生命鑄造廠計劃”實施以來，取得的主要進展包括：開發了新的生物合成計算機軟件系統，該軟件系統將生物合成設計時間從以往的 1 個月縮短至 1 天，并能實現端到端的監控；構建了大規模基因網絡，以該網絡為基礎初步驗證生物制造的正向工程能力；建立了大規模 DNA 組裝新方法，將體外準確裝配的 DNA 片段數從此前最高 10 個提高到 20 個的水平，錯誤率降低到原來的 1/4；實現了將多種新生物制品的設計、工程和生產提速 7.5 倍；實現了對乙酰氨基酚合成途徑的設計和制備。

“生命鑄造廠計劃”雖已取得多項重要進展，可行性已得到初步驗證，但其工程化應用仍存在諸多難點，面臨的最大技術挑戰包括已知分子結構難以快速改進、某些分子結構無法合成、新分子結構難以設計等，總體上仍處于前沿探索階段。未來一旦取得突破，可顯著提升現有制造能力。

1.2 國內案例

英美等國現有的生物鑄造廠仍然存在一定的局限性，包括復雜線路設計能力不強、底盤細胞單一、大片段 DNA 的制造成本高、高通量測試手段少、與下游應用銜接不緊密等。許多研發需求仍未能滿足，領域的發展仍面臨障礙。針對現有生物鑄造廠的不足，我國做出了自己的部署。

中國科學院深圳先進技術研究院（以下簡稱“深圳先進院”）牽頭建設“合成生物研究重大科技基礎設施”（以下簡稱“設施”）項目，該設施項目于 2013 年被列入《國家重大科技基礎設施建設中長期規劃（2012—2030 年）》的總體部署，并于 2018 年 1 月獲深圳市發改委批復立項。設施計劃投入 9.4 億元人民幣，規模上的大幅提升將有效解決小型設施面臨的底盤細胞單一、DNA 與耗材成本高等不足，并更有利于開展生命體的大規模個性定制，服務于國內外研究者的多元化用戶需求，實現生命體的遠程定制、異地設計、規模經濟生產。設施旨在為合成生物學中的海量工程化試錯提供關鍵科學手段，推動我國生命科學技術能力實現從認識生命表象到掌握復雜生命本質、從定性描述向定量預測、從單一維度向多維度生物功能檢測、從單一層次向多層次生物儀器開發、從基礎研究向醫學轉化應用 5 個方面的戰略轉變。設施建設的科學目標，是圍繞如何實現設計合成可預測的生命體這一關鍵科學問題，秉持模塊化的理念，將實驗對象、方法、技術等標準化，通過不斷的閉環的工程試錯，提升理性設計能力。設施內利用智能化、自動化和高通量的設備，搭建多條用于生物元件、生物器件、復雜網絡、人工細胞器、人工細胞、多細胞人工體系等多維度人造生命的自動化合成測試生產線，各條生產線之間有機協同，并結合設計軟件與機器學習的深度研發，建立合成生物理性設計與工程化試錯相結合的核心平臺。在該設施的支撐下，有助于我國科學家做出具突破意義的標志性工作，快速獲取從頭設計的大型基因組與非天然元件；完善技術方法體系，增強元件標準化、通用性；圍繞需求打通從元件到基因線路、生物裝置和人造生命的一體化創新路徑，形成顛覆性產業技術。

中國科學院天津工業生物技術研究所（以下簡稱“天津工生所”）牽頭建設的以二氧化碳生物轉化為目標的合成生物科教基礎設施，已被國家發改委批復納入中國科學院“十三五”科教基礎設施項目建設的項目庫。“人工生物創制及關鍵技術研發平臺”將形成“學習設計—合成裝配—測試分析”的工程化循環流程，其核心建設內容是合成生物自動化工作站——工作站將圍繞合成生物學發展的核心能力問題，以軌道機器人、定點機器人等為核心，整合各種操作裝備、分析裝備，形成集成化自動化裝置系統，高通量、自動化地完成樣品處理、DNA 合成組裝，以及基因組規模化編輯、篩選和評價等設定的標準化工作任務；通過自動化物流機器人實現高通量的樣品“流”管理與統籌；通過機器人與人力的“雙軌制”實現人工智能與人類智能的協同工作；通過信息技術將獲得的不同類型的大數據進行整合，為智能化機器學習提供數據基礎。“人工生物創制及關鍵技術研發平臺”建成后，以二氧化碳生物轉化為模型，可快速、高效地創造具有目標特性的合成生物，“合成生物”定制能力達到國際先進水平，支撐基礎性、前瞻性、引領性的合成生物關鍵技術創新，滿足企業定制需求，提供創新創業服務，為培育發展我國合成生物產業提供支撐。

2 圍繞工程化平臺的上下游機構及創新機制

2.1 國外案例

要以合成生物學手段解決實際問題，就需要把合成生物學研究從機理上的原創發現轉化為小規模試驗，再擴展到成熟的大規模生產。這種一路推進到產品上市的全鏈條產業化僅依靠自動化設施是遠遠不夠的。以歷史上青霉素的研發為例，青霉素最初由亞歷山大 . 弗萊明在英國圣瑪麗醫院發現，之后由牛津大學的霍華德 . 弗洛里、恩斯特 · 錢恩等人發展了青霉素生產、提純、動物實驗、臨床試驗等工作，又依靠美國農業部的北方實驗室找到了產率最高的青霉菌菌株和最佳培養基配方，并改善了發酵技術，最終使青霉素在美國完成了產業化，整個過程歷時 12 年，跨越 2 個國家 3 家機構[5]。弗萊明、弗洛里和錢恩 3 位學者也因為青霉素而共同被授予 1945 年的諾貝爾生理學或醫學獎。這一案例有力說明了上下游機構之間通力合作、完成延續性工作的重要性。同樣，合成生物學產品從研發到產業化，不僅需要工程化平臺，也需要圍繞平臺的多機構、多要素的共同推動。

2.1.1 美國 DARPA “生命鑄造廠計劃”的創新關鍵環節

反觀合成生物學領域發展至今，最有代表性的產業化成果當屬人工改造酵母生產抗瘧藥物——青蒿素，這個項目是依托 DARPA 資助的“生命鑄造廠計劃”中工程化平臺開展的。美國加州大學伯克利分校的 Jay Keasling 教授是整個研發及產業化過程中的靈魂人物，他成功組織了一批圍繞合成生物學工程化平臺的上下游機構，共同組成創新鏈條來開發青蒿素產品并推動其產業化的實現。最終成熟的生產能力達到能以 100 立方米工業發酵罐替代 5 萬畝的農業種植，青蒿素的生產成本因此顯著降低。在整個創新鏈條之中，有 3 個關鍵環節。

（1）位于上游原創發現的勞倫斯伯克利國家實驗室。該國家實驗室由加州大學伯克利分校運營，Jay Keasling 教授擔任伯克利國家實驗室副主任。勞倫斯伯克利國家實驗室下設 18 個學術部和研究中心，包括生物科學部、能源與環境科學部、計算機科學部以及普通科學部等，現有 3 304 名雇員，2015 年的財政預算超過 8 億美元，科研平臺建設經費幾乎全部來自美國國會基于能源部研究開發計劃的財政撥款。勞倫斯伯克利國家實驗室注重學科高度交叉、原創性強的前沿研究，并且規定實驗室的客座人員多于固定人員，至少要將比例維持在 1∶1 甚至 2∶1，還常常將項目經費的 50% 甚至更多分配給外單位，尤其是高校。這就從制度上強化了國家實驗室與高校等部門的緊密合作，極有利于人才的培養。勞倫斯伯克利國家實驗室在創新鏈條中主要作為高風險探索性研究的主體，以及基礎研究原創成果的源泉。勞倫斯伯克利國家實驗室還擁有先進光源、國家電子顯微鏡中心、國家能源研究科學計算中心等基礎設施，這些與生物鑄造廠的自動化設施形成了協同效應。同時，加州大學伯克利分校也為合成生物學創新提供了分子生物學、細胞生物學、分子遺傳學、蛋白質組學、環境科學等基礎學科的學術支撐及大批人才支撐。

（2）位于中游技術開發的聯合生物能源研究所（JBEI）。JBEI 是由美國能源部資助（2007—2017 年），勞倫斯伯克利實驗室主導，4 家美國國家實驗室與 3 所大學聯合組建的研究機構，Jay Keasling 教授擔任首席執行官。JBEI 的重點研究領域包括用于生物能源生產的新植物設計研發、生物質降解的強化、生物燃料生產的合成生物學新途徑研發、自動化實驗裝置，以及軟件等新技術研發。JBEI 重視開發平臺技術和使能技術，例如開發了高通量納米結構引發劑質譜技術（HTNIMS），在一小片硅片上可以快速準確地測量數千個樣品的成分，這一技術比傳統方法快 100 倍，可用于生物質降解酶的快速篩選。JBEI 還研發了技術經濟模型，模擬推算農作物改造、生物質前處理、酶的種類及用量、生物燃料品種等因素對最終產品競爭力與效益的影響。JBEI 非常注重與產業界的互動及產業化，由生物能源、農業、生物技術等產業界顧問組成了咨詢委員會，為研究人員及時提供產業方面的標準、面臨的難題與機遇等信息；并由商業化部門主任統一負責執行 JBEI 各家共建機構的專利授權。JBEI 近年已與 29 家企業開展各類合作，并孵化出了 3 家企業。JBEI 還與勞倫斯伯克利國家實驗室的先進生物燃料處理展示中心 ABPDU 合作，開展離子液體前處理以及甜沒藥烯的微生物合成的示范應用。

（3）位于下游應用的Amyris公司。下游應用的產業轉化主要由企業來推動完成，這也是創新鏈條上的最后一環。Amyris 公司由 Jay Keasling 教授與 Vincent Martin、Jack Newman、Neil Renninger、Kinkead Reiling 等人聯合創辦，從事抗瘧藥物青蒿素及其他萜類化合物生產，是合成生物學領域的第一家納斯達克上市公司，年銷售額 1.43 億美元。Amyris 公司成立之初即獲得了美國蓋茨基金會 4 260 萬美元的資金。通過設計構建生產抗瘧藥物青蒿素的人工酵母細胞，其技術生產能力已達到能以 100 立方米工業發酵罐替代 5 萬畝的農業種植，成本的降低讓 Amyris 在緊缺藥物供應鏈上占有了重要的一席之地。隨后，Amyris 公司逐漸成長為在化工和燃料行業頗有影響力的法尼烯和長鏈碳氫化合物生產商。例如，以人工酵母生產角鯊烯，替代了鯊魚肝油和高精度橄欖油的提取技術路線。Amyris 公司搭建的自動化菌株改造平臺，是目前全球企業界最大型的工程化平臺之一，功能包括 DNA 設計、DNA 組裝、DNA 質量控制、菌株轉化、克隆挑選、菌株質量控制、表型測試、高通量篩選、菌株保藏、數據分析、放大實驗等。為了獲得法尼烯生產菌株，Amyris 公司研發人員在底盤細胞中添加了 112 074 個堿基，刪除了 41 174 個堿基，引入了 30 次染色體整合以及 500 個單核苷酸突變；平均每周篩選了 350 個菌株，如此大的工作量在自動化平臺的幫助下得以迅速完成。盡管仍面臨產品結構和產能提升速度的挑戰，Amyris 公司技術平臺的潛力依然非常驚人。該公司的產品可以廣泛用于燃料、潤滑油、橡膠、塑料添加劑、化妝品、芳香劑和醫藥等多個領域。

2.1.2 英國帝國理工學院 SynBICITE 研究中心

在英國方面，作為英國政府已資助的 6 個大型合成生物學研究中心之一，以帝國理工學院為核心組建了 SynBICITE（Synthetic Biology Innovation, Commercial and Industrial Translation Engine），即合成生物學創新、商業及產業轉化引擎[1]。SynBICITE 的經費來源包括英國政府投入的 1 000 萬英鎊，以及共建企業投入的 1 400 萬英鎊，負責人是 Richard Kitney 教授與 Paul Freemont 教授。除了帝國理工學院，SynBICITE 參與組建單位還包括 17 家高校與科研院所，以及微軟、殼牌石油、葛蘭素史克等 13 家企業。

SynBICITE 不僅僅是一個工程化研究平臺，其定位是充當創新與知識中心，促進合成生物學為產業界所用，推動平臺的成果轉化，孵化企業，為基礎研究向產業轉化搭建橋梁。SynBICITE 提供的服務范圍既涵蓋上游產品研發，亦涵蓋下游商業化，包括： ① 生物鑄造廠，基于機器人裝備自動化設計、構建、驗證 DNA 大片段；② 實驗室設施，輔以一支富有經驗的技術支撐團隊，幫助外部研發團隊完成從概念到產品的研發流程；③ 實驗室內培訓，舉辦科技培訓班分享合成生物學新方法新成果；④ 商業化培訓課程，提供 4 天的 MBA 培訓，為合成生物學初創企業與團隊提供“精益發射臺（Lean LaunchPad）”創業服務；⑤ 融資機會，評選頒發概念驗證與原型研發等獎項，并協助獲獎團隊取得融資。目前，SynBICITE 已孵化的初創企業有：推出 DIY 基因檢測裝置的 Bento Bioworks 團隊，生產實驗課件用于科學啟蒙教育的 Team Cellibero 團隊，以及研發蛋白質納米籠子用于藥物遞送的 Nanocage Technologies 團隊等。

2.2 國內案例

與國外學術機構的工程化平臺相比，國內以深圳先進院的“合成生物研究重大科技基礎設施”、天津工生所的生物設計中心等為代表，也有自己的特點與創新。

2.2.1 深圳先進院“合成生物研究重大科技基礎設施”創新機制

為充分發揮大型設施的戰略性、整體性、引領性，深圳先進院在充分借鑒國際經驗的基礎上，在牽頭建設“合成生物研究重大科技基礎設施”時有以下 4 個方面創新機制。

（1）創新大型設施的體制機制。在體制上進行創新，申請籌建“深圳合成生物學創新研究院”，統一協調和管理運營設施，而不是以往多家單位的組合體或虛擬實驗室模式。這樣不僅有利于理順國家、地方、部門、依托單位和設施的關系，打破體制機制束縛，有效統籌地方資源支持國家大型設施建設，也將是中國科學院與地方合作共建大型科技基礎設施在體制機制方面的有益探索。在籌備建設深圳合成生物學創新研究院時，擬參照國外一流研究機構的建設方法、管理體制、運行機制，結合我國新型科研機構的創辦經驗與深圳地方特色，建立一套新型運營機制，包括研究院評估、人員聘用管理、開放共享、項目管理、財務管理、公共事務管理、知識產權管理、產學研合作、科技金融創新等。

（2）強調生物設計能力。與工業自動化做類比，已建成的合成生物學自動化設施大都處于 3.0 時代，即實現了大部分自動化，同時正逐漸朝 4.0 時代邁進，即逐漸加強數據化和信息化能力[6]。深圳的“合成生物研究重大科技基礎設施”以全面進入 4.0 時代為目標，將著重利用生物信息、數理模型及人工智能等手段，系統地大幅提升生物設計能力。通過開發實驗工作流程，把自動化機器與高通量分析融合到實驗過程中；通過對數千個潛在的線路進行快速迭代，測試驗證其中最有價值的候選線路，促進復雜合成基因線路的廣泛應用。同時，生物設計軟件以自主研發為主。

（3）自主研發關鍵技術裝備。設備購買與維護成本高，并且一次性購買的生產線難以升級改造，這是自動化設施面臨的又一難題。深圳的“合成生物研究重大科技基礎設施”通過搭建局部自動化模塊，作為靈活的“功能島”執行特定功能，并根據需求組合成 DNA、噬菌體、細菌、真菌等各類生產線。功能島模塊具有靈活、可拓展、針對性強的優點，可有力應對合成生物學領域的持續技術更新，還可以綜合各種設備的特點，發揮系統集成的優勢。關鍵技術裝備研制遵循“紅藍軍路線”，兼顧自主創新與吸收國外先進技術，推動高端自動化設備的國產化。

（4）具備醫學轉化研究能力。為加強與下游應用的銜接，結合深圳市的研究基礎，深圳的“合成生物研究重大科技基礎設施”特規劃有醫學轉化研究副平臺。該平臺以人工設計的基因線路改造細胞、細菌或病毒，干預人體生理病理過程，從而開創突破性生物療法，提升腫瘤、代謝疾病等的診斷、治療和預防水平。主要包括臨床資源系統、臨床檢測系統、生物制劑研發制備系統和臨床轉化放大系統等。對于醫學合成生物學的聚焦，是深圳設施的一大特色。

2.2.2 天津工生所生物設計中心的創新機制

天津工生所依托強大的頂層設計和超前的戰略眼光成立了生物設計中心，并于 2012 年自主設計了國內首套用于合成生物學領域的機器人自動化裝備。硬件的引入只是自動化裝備在合成生物學領域應用的第一步，也是最簡單的一步。基于自動化硬件裝備的自動化技術開發、生物實驗流程開發、上位生物設計軟件的開發及生物設計軟件與自動化裝備的接口技術的研究開發才是合成生物工程化平臺能高效、廣泛應用的核心。

基于天津工生所在工業生物技術領域的雄厚技術基礎及與相關企業的良好合作氛圍，天津工生所的合成生物學自動化平臺聚焦于深度開發生物制造相關合成生物的創建能力，打造工業生物技術領域最專業、最適合產業轉化的開放性工程化平臺。現有平臺已經積極開展了自動化整合系統在合成生物學領域的廣泛應用，開發了大量相關的自動化實驗流程和方法，大大提高了自動化系統的工作服務能力。例如，已經初步實現了自動化單基因克隆，通量達到 300—600 個/天。復雜質粒的多模塊化組裝也達到 100 個/天的通量，組裝正確率 ＞90%，實現了多種模式生物（如大腸桿菌、谷氨酸棒桿菌、釀酒酵母、枯草芽孢桿菌等）的自動化基因操作，部分模式生物實現了 300 次/天的高通量自動化基因組編輯能力。同時正聯合生物設計中心開發上位生物設計軟件及其與自動化裝備的接口技術，為研究所的合成生物高通量自動化創建提供強有力的平臺技術支撐。

3 合成生物學工程化平臺的未來展望

如同 19 世紀快速發展的合成化學一樣，合成生物學技術是一項能夠創造財富增長新紀元的工程化技術與科學的融合。它對傳統工業的沖擊力將是革命性的，目前已經成為生命科學的最前沿和戰略制高點。合成生物學工程化平臺設施的建設，將可能為人類面臨的醫療、能源和環境等重大問題提供全新解決方案，從根本上變革人類的生產和生活方式。

工程化平臺自身發展方面。2018 年 6 月，來自全球各地 15 家學術機構的代表在倫敦參加了“全球生物鑄造廠會議”②Global BioFoundry Meeting Workshop Report. Imperial College London, 2018.。與會代表認為，生物鑄造廠當前普遍面臨著相同的挑戰，包括昂貴的基礎設施的維護費用和運營人員的費用，缺乏通用的設施軟硬件標準和知識產權共享機制，生物元件材料難以跨國共享，潛在用戶對自動化設施缺乏了解等。因此，合成生物學工程化平臺的未來發展趨勢包括：① 組成聯盟，研發通用的操作系統、自動化協議與標準，推動行業整體發展；② 完善法律工具，如跨國、跨機構的材料轉移協議、知識產權共享協議等，為實驗材料的共享降低成本，避免重復研發；③ 圍繞自動化設施提供云端服務，擴大用戶群體，特別是中小企業用戶；④ 加強國際自動化設施之間的協同，如共同承擔國際大科學計劃的研究任務，相互分擔調配任務，與耗材供應商共同協商定價等。

圍繞工程化平臺的制度創新方面。建議：① 明晰工程化平臺及其主管機構的定位，應當以重大科技任務攻關和國家大型科技基礎設施為主線，通過跨學科、大協作、高強度支持，聚焦國家長遠目標和重大需求，開展戰略性、前瞻性、基礎性、系統性、集成性科技創新，突破世界前沿的重大科學問題，率先掌握能形成先發優勢、引領未來發展的顛覆性技術。② 必須要有高位勢的統一協調和管理機構，保障平臺體系的高效運轉。③ 賦予依托機構高度的自主權，政府層面負責管理工程化平臺的設立、預算和評估，具體的科研、人事、財務等管理應該給予依托機構充分的自主權，保障其在學術和具體事務管理上的獨立性和靈活性。④ 建立健全科學評價和監督機制，建立包含理事會評價、第三方同行評價、內部學術委員會評價、課題組自我評價等不同層級、不同形式的定期評價機制，以保證科研工作的方向、水平和質量。⑤ 健全創新鏈條，新成果的發現、開發和產業化由不同主體各司其職，打通從基礎研究到產業轉化的路徑。⑥ 充分發揮中國科學院在天津、上海、深圳等地合成生物學領域集團軍優勢，進一步建立核心集聚與開放協同的創新機制，組織產業前沿引領技術和關鍵共性技術創新，強化技術擴散與轉移轉化，形成更加完善的產業創新生態。

未來，隨著合成生物學工程化平臺的發展成熟，生物設計、制造、測試周期和成本將會被大幅壓縮。研究人員有望最終掌握基因線路的設計原理，從而將生物設計、研發、制造過程變成工程設計問題。人們將可以通過對生物的操縱，獲取新知識，以及制造新材料、新器件、新系統和新生命。