蒙牛创投高航：合成生物学助力精准营养
此前，第四届工程生物创新大会暨第二届中国合成生物学学术年会暨首届亚洲合成生物创新大会在深圳光明科学城成功举办，本次大会以“合成生物：未来生物经济的引擎”为题。
蒙牛集团创投基金负责人高航出席大会并发表了精彩演讲。以下为高航完整版演讲内容，经少量编辑、修改后发出。
大家好，今天跟大家分享的是从传统营养学到精准营养的发展，以及合成生物学可以如何助力精准营养。
营养学发展有四个阶段：
阶段一：维生素发现的大爆炸时代。在一、二战时期，人类的营养非常匮乏，使得人们更加关注营养素与疾病的关联。B、C 族维生素、维生素 D 等在这一阶段被科学家们发现与研究；
阶段二：脂肪、碳水化合物争论阶段。二战以后，以美国为代表的国家开始研究碳水、脂肪与健康的关系，并逐渐升级改造复合营养元素的制造；
阶段三：膳食补充剂与慢性病。在欠发达国家，营养素缺乏导致的疾病发生仍是很严重的现象，因此人们希望通过一些膳食补充剂来降低营养素缺乏造成的疾病。而在发达国家，慢性疾病发病率显著上升，人们认为补充膳食补充剂能够有效地预防这些慢性病的发生；
阶段四：证据积累，膳食模式。随着大型前瞻性队列研究、随机对照试验、遗传协作组的出现，随着 BT、IT 的发展，使得大数据、人工智能大型队列可以用在遗传病和食品营养研究中。此时人们开始积累基于人群的营养证据，并利用遗传工具来研究营养素、食物和疾病可能有怎样的因果关联，并把焦点从营养素的研究转向了膳食模式和食物整体。
以上就是营养学的大致发展路径。
今天我们讲到的精准营养，也称为个性化营养干预，是精准医疗在营养界的延伸，即在综合考虑个体遗传特征、肠道微生态、代谢特征、生活习惯以及生理状态等因素基础上，给与安全高效的营养干预，从而实现有效预防和控制疾病的目的，包括精准的营养元素补充和医疗。
过去生命健康领域最尖端的技术集中在治疗环节，未来将更多关注主动健康管理，此时需要通过摄入食品的方式来实现。从个人的遗传因素、肠道微生态、代谢、生活习惯等等多方面的因素来进行干预，从而进行有效的疾病预防。随着 BT、IT 的融合发展，以及机器学习、可穿戴设备的应用，我们可以精准获取人体的生理数据，从而为精准营养带来更大可能性。
根据瑞银的统计，2025 年精准营养的全球市场规模约为 13 亿美元，直到 2030 年，年复合增长率都在 50%—100% 以上，随着底层技术的发展，我们认为 5 年以后，精准营养将会是一个巨大的市场。
精准营养将从以下三个层面逐渐实现，分别为：初级的分层营养，试图将具有共同特征（如性别、怀孕）的个人分组，并提供适合每个群体的营养建议；渐进的个性化营养，比分层营养更进一步，主要基于生物学测量（如表观遗传学）提供适合个人的营养建议；精准营养，也是终极目标，结合个人的遗传（生物学）、环境和生活方式信息，提供适合个人的营养建议。
实现个性化营养不仅需要信息的输入和引擎（数据的收集和阐释），即数据的准确性、时效性和非侵入性，符合数据保护和监管；还需要输出和参与（如何“指导”和如何监控），即改变行为。
一个人的生活方式、环境、营养决策的制定将会反复验证营养健康回路，并对其进行实时跟踪，最终会产生很好的输出参数来对个体的精准营养进行指导。基于此，个性化营养主要集中在量身定制的食物建议和/或基于维生素和矿物质需求的膳食建议。
目前国内外采取的有四种方法：
①个性化产品：产品是基于个人的数据完全定制开发的，数据来源包括问卷答复、血液、微生物组或 DNA。
②个性化体验：作为 DTC 电商平台的一部分通过数据信息导航量身定制选择，如“按目标购物”或饮食偏好。
③个性化选择：具备 VMS 能力或原产地的品牌量身定制的单一成分（或组合）产品的一系列选择。
④个性化的生活方式：通常将产品和硬件包含在一起，并且越来越多地以食品或饮料的产品形式交付。
在精准营养的产业链图谱上有一条服务链。通过个性化的检测，如基因检测、营养代谢检测、肠道生态和生理生化等得到健康大数据，为每个人建立个性化健康档案；再通过检测、干预、跟踪的手段，对其进行营养评价，之后通过代餐、配送、一日三餐，或者还可以通过 3D 打印技术把需要的营养元素制作成美味的健康餐，从不同维度为人们的营养健康需求，提供个性化服务的精准营养解决方案。
具体有以下三大维度，分别是：
①生理特征、生活方式分析及干预：在膳食营养、体力活动、睡眠节律和社会心理等方面进行生活方式的干预；
②表观型分析及干预：在临床体格检查、标志物检测、代谢组学和蛋白质组学等多组分方面做整合健康管理；
③通过基因型分析及干预：将肠道微生物组学、表观遗传学和基因组学检测结果与临床指标做结合，从而进行精准营养的干预。
在合成生物学的产业链图谱里，底层是工具层（使能技术和基础原料），包括 DNA 合成、DNA 测序、DNA 元件库、基因编辑（CRISPR-Cas9）、工具酶/酶工程和模式底盘生物库，应用层面与精准营养相关的是食品饮料、医疗健康行业。
那么合成生物如何助力精准营养？
第一，在健康科技方面，比如数字疗法和健康管理平台中，可以通过 DNA 合成、测序、大数据机器学习等，在这个领域得到应用。需要说明的是，合成生物学不仅是选品，更多的是健康服务的意识以及是一个服务的平台，整体来说是一种生态系统的搭建；
第二，在未来新产品方面，可以把基因编辑、工具酶工程等技术应用于特医食品、营养健康食品的研发中；
第三，在创新制造方面，如生物基的材料、功能食品的创制等，都需要广泛应用 DNA 合成技术、模式底盘合成生物的技术，以上都需要突破合成生物学关键技术壁垒；第四，在新蛋白、功能原料方面，需要通过合成生物学中一些生物设计软件和云端生物铸造厂等，来完成整个代谢通路的搭建，从而构建起较好的服务。
合成生物学在医疗板块主要有以下三方面的应用：
①基因治疗，基因治疗涉及的多种关键组件，包括了含有目的基因的重组核酸、递送载体、基因编辑工具以及靶细胞。目前，病毒载体仍旧是基因治疗最主要、最常用的递送技术，尤以腺相关病毒（AAV）的应用最为广泛。
②微生物疗法，涉及微生态制药、微生态疫苗、噬菌体疗法等诸多方向。合成微生物群落在疗法上也在不断地取得进展，其已经被设计用于改善艰难梭菌感染、自身免疫病、炎症性肠病治疗和辅助癌症免疫治疗等，这些群落在动物模型中取得了良好的效果。
③细胞疗法，T 细胞、B 细胞、NK 细胞，甚至红细胞，都被用作疗法设计的对象。该方向上，CAR-T 无疑是最具代表性的合成生物学设计，嵌合抗原受体（CAR）是模块化融合蛋白，由细胞外抗原识别元件、跨膜结构域和细胞内信号结构域所组成。而通过将 CAR 分子工程化改造进入 T 细胞当中，可以使后者具有额外的抗原特异性来重新定向靶细胞。
在医药、医疗健康板块包括：
①人工智能先导药物的发现与生产。利用合成生物技术改造的细胞也被应用到了与药物相关的领域，代表性案例是“抗疟疾药物青蒿素前体的生物合成”。合成生物学也为发现新型抗癌药物提供了全新的方法论。
②mRNA 药物/疫苗的合成。目前主要有寡合苷酸药物和 mRNA 药物。此外，还可以利用合成生物技术来重编程基因以产生减毒病毒，活体的减毒脊髓灰质炎病毒疫苗的成功构建便是其中的典型案例。
③体外检测。利用合成生物学工具层和平台层，可以实现精准的体外检测。采用个性化诊断以识别从健康到疾病的最早转变，以及在疾病显现之前采取可以逆转病理生理变化的预防措施。这种策略包括对个人进行深入的表型分析，并结合数据采取行动来改善健康状况，避免或减轻疾病轨迹。
在食疗保健板块包括：
①精准合成高质量低成本的食品原料：比如利用微生物，如酵母、细菌或酶发酵产生特定的食物分子，并生产动物性食品，如肉类、乳制品。美国植物肉品牌 Impossible Foods，其主营产品人造肉便是基于 DNA 合成、DNA 组装、遗传元件库建设以及基因线路设计来改造优化巴斯德毕赤酵母菌种，将其生产的大豆血红蛋白添加到人造肉饼中改善汉堡风味。
②精准合成关键功能性营养因子：随着越来越多的功能性食品代谢途径被阐明，合成生物学已广泛应用于类胡萝卜素（如番茄红素、β-胡萝卜素和虾青素）、甲萘醌-7（维生素 K2）、叶黄素和母乳低聚糖（HMO）等功能性食品的生物合成。
③精准合成食品风味物质：通过微生物来生产香料、甜味蛋白和甜味剂，用细胞工厂生产甜菊糖苷、阿洛酮糖等天然甜味剂及柠檬烯、香兰素等香料产品。
来自全球的新兴技术公司、国际乳品巨头、国内巨头都在合成生物学方向有布局。比如在精准营养上的布局，以 BASF、IFF、雀巢为主的国际巨头都有相关动作。
BASF 是世界著名的化工企业，近几十年也在中国布局营养健康的技术，比如与汤臣倍健展开战略合作，共同致力于开发精准营养解决方案，推出了系列精准营养测试服务，包括眼健康-黄斑色素检查和叶黄素精准营养解决方案；
IFF 主要专注于益生菌与营养健康；DSM 以营养功能为主，近 10 年在全球做了广泛的投资布局和并购布局，至今已经投资了从事营养、3D 打印、生物医学等方向的初创公司，重点关注人造肉、替代蛋白、香精香料、有益菌群、防腐剂等等领域；
雀巢重点关注生命科学以及底层技术，在临床医药和临床营养做了布局，希望先从临床上进行精准营养的突破，专注于儿科疾病、老年、重症/外科疾病、脑健康、代谢性疾病和消化疾病六大治疗领域，目前雀巢已经往医疗健康、主动健康方向做转型升级了。
在国内，华大基因作为精准营养的先行者，有着大数据、大平台的优势，以及先进成熟的基因测序技术，为个性化营养服务提供了坚实的基础，打造了从检测到干预的精准营养健康管理闭环。
汤臣倍健联合京东健康，依托大数据实现 C2M 反向定制，以用户为中心，根据用户的个性化需求组织生产，不断优化京东专供产品。
华东医药与安琪集团成立的美琪健康将推进以微生物技术为基础的营养健康食品原料和个人护理功能原料等大健康产品研发、生产和销售。目前华东医药也在持续布局司美格鲁肽降糖减肥的产品。
对于行业的未来发展，我们有以下几点展望:
1、合成生物学可以通过基因编辑、蛋白质工程等技术，创造出新型蛋白质和新型代谢产物，解决传统营养解决不了的问题，为健康个性化定制提供更多的可能；
2、合成生物学在营养健康的应用需要大量数据的支持，这些数据可以通过先进的计算机模拟和机器学习技术来处理和分析，从而实现更加精准的营养和健康干预；
3、营养加工设备商会有很好国产替代的可能，国产替代可以把营养品的成本降低，这也是未来合成生物学助力营养健康的一大板块；
4、合成生物技术已经成功地应用于植物和动物组织培养、肠道微生物组、蛋白质改良等多个领域。未来，还将有更广泛的应用以满足不同的营养需求。
整体来看合成生物学与精准营养结合有以下几点：
1、合成生物学促进大健康发展。在慢性病领域，合成生物学公司的 2.0 版本可能不是做原料的，而是提供健康解决方案的公司。从基因检测一直到制造管线，这样可以形成一个很好的服务闭环，而不是简单的商业闭环；
2、优化食品和饮料。利用合成生物技术，通过精密发酵的形式，改良食品和饮料的口感和营养成分，以满足人们对各种食物和饮料的需求和期望，这将使人们有更多更健康、更营养丰富的选择；
3、加速创新与推广。合成生物学还需要充足的人才梯队，从大的商业逻辑来看，合成生物学还处在起步阶段，未来希望大量的大健康或者商业人才进入这个行业、更好的品牌商进入这个领域，从而能够给消费者、患病人群、慢病人群更多的选择；
4、取得更好的成果。随着大数据越来越发达，IT、BT 的融合，ChatGPT 的发展，这些技术都将在大健康服务里面占据一席之地。通过人工智能手段可以获取到消费级的数据，同时通过 DNA 表观遗传学的检测得到一些数据，给大家提供更好的健康服务，从而帮助做出更加准确的预测和更加精细的干预，并达到更好的效果。
整个精准营养和合成生物学也面临一些挑战和问题：
首先在监督管理方面，需要建立相应的监管管理机制，加强技术标准制定和执行情况的审查，确保所有产品和服务都符合真正的营养需求和环境考虑，所以在这方面我们要有前瞻意识；
其次在费用成本方面，由于研究需要巨额资金投入，而且生产成本可能较高，使得相关技术难以普及到广大民众中，所以社会化资本和民间资本的参与也非常关键；
接着，在知识产权方面，随着行业持续发展，我们如果做出海的业务，就会跟国际上的巨头公司进行竞争，所以在知识产权上要做更好的设计和保护措施；
最后要强调的是，合成生物学是环境安全、绿色生物制造的新技术，未来国家一定会大力支持这个领域。
本文来自微信公众号：35斗（ID：vcearth），作者：生辉、莫十二
