上海市生物工程学会：空间健康的工程生物学创新研究路线图（20页）.pdf

1、空间健康的工程生物学 合成生物学信息参考 2025 年 1 月（总期 154 期）美国工程生物学研究联盟 空间健康的工程生物学：创新研究路线图 中国科学院上海营养与健康研究所 上海生命科学信息中心 上海市生物工程学会 2025 年 1 月 空间健康的工程生物学 合成生物学信息参考 2025 年 1 月（总期 154 期）美国工程生物学研究联盟 空间健康的工程生物学：创新研究路线图 人类在近地轨道及深空的能力拓展将极大推动科学发现和技术的进步，其影响深远而广泛。通过工程生物学的飞速发展，有望进一步扩展人类的太空飞行能力，并推动地球上的技术革新。2024 年 10 月，美国工程生物学研究联盟（EB

2、RC）发布的 空间健康的工程生物学：创新研究路线图（Engineering Biology for Space Health:An Innovative Research Roadmap）报告，围绕健康与医学、食品与营养、环境控制与生命支持三大核心主题，详细阐述了工程生物学在空间健康领域的关键突破和重要里程碑，提出了应用工程生物学进行空间健康研究的创新路径，以改善环境控制和生命支持系统，提供更丰富的营养，确保机组人员的健康与安全。1.路线图背景概述 生物医学领域的技术突破极大地提升了人们对长期太空旅行和微重力环境对健康影响的理解。工程生物学的应用对于改善健康监测和诊断至关重要，可以实现实时监测

3、，并进行个性化治疗干预。通过支持按需生产和长期稳定储存的生物制剂和生物制药技术，人们能够更迅速地应对太空中的疾病和损伤。此外，工程生物学研究的进展也有助于长期保障宇航员的身体健康，例如，健康生物标志物的酶传感器创新、小分子药物的无细胞生产系统，以及附有生物活性蛋白质或其他生物分子的涂层材料用于伤口护理等。同时，宇航员的健康依赖于美味且满足营养需求的食物。未来，工程生物学在支持太空食品和营养系统方面可能包括：在太空按需生产营养素和高营养食品；开发高产、抗病、快速收获的工程化作物；通过创新生物技术提升食品的口味和稳定性。利用基因工程、分子和线路工程，平台生物能够精准地生产出人体所需的维生素、矿物质

4、、蛋白质、碳水化合物和脂肪等主要营养成分。随着细胞培养和 3D 生物打印的不断突破，在太空中生产整块食品（如肉类）将成为现实。同时，借助作物工程工具，可以培育出完全可食用的植物或具有药用价值的植物组织。此外，酶工程技术的应用，还能帮助创造出在太空环境中更浓郁的的食物风空间健康的工程生物学 合成生物学信息参考 2025 年 1 月（总期 154 期）味，弥补太空中味觉体验的不足。过去 70 年间，环境控制与生命支持系统的迅速进步，使得人类能够在太空长期生存。自 1957 年首颗无人卫星“斯普特尼克 1 号”发射以来，至 2000 年 11月国际空间站（ISS）开始持续运行，这些成就均体现了该领域

5、的进展。工程生物学工具和技术的发展具有独特优势，可以进一步支持空气和水的过滤与循环利用，将生物和非生物废弃物转化为可重复使用的材料和资源，同时通过增强的生物衍生材料为太空基础设施建设提供支持。这些能力将通过酶工程、无细胞系统的扩展应用、工程化微生物和微生物群落的精准控制，以及在真菌、昆虫和植物等领域的新应用得以实现。在所有主题和应用中，都迫切需要地球类比环境来模拟空间中的微重力、辐射暴露、温度变化及受控的限制性环境。在地球上模拟太空环境，使研究人员能够在工具和技术发射前进行经济高效的测试，从而大大增加了可行解决方案的数量。在路线图所述的许多工程生物学应用中，部分生物过程需进一步研究以加深理解，

6、一些基础工具和技术也需要在太空环境中进行测试和适应。例如，微生物系统和群落的动态特征，其中细胞间信号传递可能会受到气溶胶和流体动力学变化的影响，并且需要开发紧凑或模块化的高效生物反应器。这些必要能力在路线图中已明确指出，但有些问题仍需通过进一步的太空研究解决；而更完善的地球类比环境将有助于加速这一创新进程。在编制路线图的过程中，研究团队讨论了工程生物学进展中的生物安全问题，强调在新应用场景中维持一个受控且适应性强的环境至关重要，以充分理解工程生物学可能带来的影响，尤其在缺乏进化或物理控制机制的情况下。路线图中提出了多种生物防控策略，例如，基因自杀开关和增强的群体感应机制，以实现技术冗余和故障保