定量生物學中心
排名 學校名稱 等級 排名 學校名稱 等級 排名 學校名稱 等級
1 浙江大學 A+ 5 西安交通大學 A 9 南方醫科大學 A
2 四川大學 A+ 6 天津大學 A 10 大連理工大學 A
3 上海交通大學 A 7 清華大學 A
4 東南大學 A 8 華中科技大學 A
B+ 等 (17 個 ) ： 復旦大學、重慶大學、同濟大學、北京大學、中南大學、中國科學技術大學、電子科技大學、北京航空航天大學、北京工業大學、中國醫科大學、山東大學、湖南大學、重慶醫科大學、中山大學、天津醫科大學、廈門大學、吉林大學
B 等 (16 個 ) ： 華南理工大學、暨南大學、首都醫科大學、西安電子科技大學、南京理工大學、北京理工大學、西北工業大學、東北大學、燕山大學、華東理工大學、武漢大學、西南交通大學、河北工業大學、北京郵電大學、南京航空航天大學、南開大學
C 等 (11 個 ) ： 太原理工大學、上海大學、江蘇大學、天津工業大學、南京大學、雲南大學、蘇州大學、中南民族大學、哈爾濱工程大學、山東中醫葯大學、武漢理工大學 有人預言21世紀是生物科學的世紀，誰掌握了生命科學，誰就主宰了一切。20世紀70年代後，生物科學的新進展如雨後春筍，層出不窮。從總體上看，當代生物科學主要朝著微觀和宏觀兩個方面發展：在微觀方面，生物學已經從細胞水平進入到分子水平去探索生命的本質；在宏觀方面，生態學的發展正在為解決全球性的資源和環境等問題發揮著重要作用。
生物學專業是比較早的專業之一，隨著其他學科的迅猛發展，催生了我國高等教育中生物學交叉學科的大發展。人們在生物學的基礎上，通過不斷與其他學科相交叉而誕生了很多新的專業，像生物科學專業、生物技術專業、生物工程專業、生物化學專業、生物信息學專業、生物醫學專業、食品科學與工程專業、海洋生物科學專業、海洋生物工程專業、畜牧生物專業等。
面對這些散發著誘人魅力與廣闊前景的生物科學及其相關專業，對他們進行比較與區分是非常有必要的。設置這些專業的院系的名稱首先有很大的不同，有的叫生命科學院（或生物科學系），有的叫生物科學與技術院（或生物科學與技術系），也有叫生物系的，側重基因工程的多數叫做生物信息系，醫科大學或醫學院的則多數叫生物醫學系，還有食品科學生物工程學院，海洋科學系等。
為了便於對這些專業進行區別，大致把他們劃分成如下幾類：
第一類， 生物科學專業
生物科學是從分子、細胞、機體乃至生態系統等不同層次研究生命現象的本質、生物的起源進化、遺傳變異、生長發育等生命活動規律的科學。生物科學專業旨在培養具有扎實的生物科學理論基礎，掌握本學科的基本理論和基本技能，具有一定的科學研究能力和創新精神的生物學專門人才。
目前，設立生物科學專業的高校很多，但是，其專業主幹課程的設置卻因各高校原有相關專業、師資與其他資源的不同而有差異。例如，在這個專業中，有的高校還開設生物攝影課程、氣象學課程，側重農學的高校還開設土壤學和生物化學，醫學院校則還要求開設人體解剖生理學和免疫學等。共有100餘所高校開設了生物科學專業。
主要專業課程：動物學、植物學、生物化學、細胞生物學、微生物學、遺傳學、生物工程、分子生物學、生態學、植物生理學、生物統計、環境保護、基因工程、蛋白質與酶工程、發酵工程、細胞工程、現代生物學實驗技術等。
第二類，生物工程專業 相近專業：生物技術專業、生物工藝專業
生物工程 也叫生物工藝、生物技術 ，是生物科學與工程技術有機結合而興起的一門綜合性的科學技術。也就是說，它是以生物科學為基礎，運用先進的科學原理和工程技術手段來加工或改造生物材料。例如，基因重組技術、DNA和蛋白質序列分析技術、分子雜交技術、細胞和組織培養技術、細胞融合技術、核移植技術等，促進了基因工程、蛋白質工程、細胞工程、酶工程、染色體工程、組織工程、胚胎工程等工程的誕生和發展，已在工業、農業和醫療衛生等方面得到了廣泛應用，並取得許多突破性進展。
在實際教學過程中，有的高校生物科學專業與生物工程（技術）專業課程設置卻大致相同。以清華大學為例，生物科學與技術系是培養在生物科技領域從事科學研究、教學和應用開發工作的高水平人才的專門系科，設有生物科學和生物技術兩個本科專業。雖然分為兩個專業，但課程安排和教學內容上並沒有多大區別，只是在寫畢業論文時各有側重。
各高校專業的側重與其專業淵源也有很大的關系。如天津科技大學生物工程專業，其前身為發酵工程專業，曾改名為生物化工專業，1999年又更名為生物工程專業，主要研究方向為代謝控制發酵、現代釀造技術和生化工程技術。在代謝控制發酵、活性乾酵母和用現代生物技術改造傳統釀造工業的研究方面，具國內領先水平。共有58所高校開設了生物工程專業。
主要專業課程：有機化學、生物化學、微生物學、化工原理、生化工程、生物工程學、發酵設備等。
第三類，生物信息學專業（相近專業：基因信息學專業）
生物信息學是近年來發展並完善起來的熱門交叉學科，最初常被稱為基因組信息學。生物學是生物信息學的核心和靈魂，數學與計算機技術則是它的基本工具。廣義地說，生物信息學是用數理和信息科學的觀點、理論和方法去研究生命現象、組織和分析呈現指數增長的生物學數據的一門學科。
據預計，作為新興交叉學科的生物信息學專業人才，將成為21世紀國際、國內最緊缺的人才類型之一。
當前，基因組信息學、蛋白質的結構模擬以及葯物設計有機地連接在一起，它們是生物信息學的3個重要組成部分。生物信息學的發展將會對生命科學帶來革命性的變革。它的成果不僅對相關基礎學科起巨大的推動作用，而且還將對醫葯、衛生、食品、農業等產業產生巨大的影響，甚至引發新的產業革命。
因此，各國政府和工業界對此極為重視，投入了大量資金。歐美各國及日本相繼成立了生物信息數據中心，如美國的國家生物技術信息中心、英國的歐洲生物信息研究所等。以西歐各國為主的歐洲分子生物學網路組織是目前國際最大的分子生物信息研究、開發和服務機構，通過計算機網路使英、德、法、瑞士等國生物信息資源實現共享。
主要專業課程：生物學、生物化學、分子生物學、生物統計學、資料庫、計算機軟體基礎、生物信息學、基因組信息學、蛋白質組學、計算機輔助葯物分子設計、基因晶元技術、生命系統建模等。
第四類，生物食品專業（相近專業：食品科學與工程專業）
生物食品專業是培養具有化學、生物學、食品工程和食品技術知識，能在食品領域內從事食品生產技術管理、品質控制、產品開發、科學研究、工程設計等方面工作的高級科學技術人才的學科。
學生在校期間主要學習化學、生物學、食品工程學及計算機等方面的基本理論和基本知識，接受食品生產技術、新產品研製、新資源開發和高附加值功能食品開發等方面的基本訓練。本專業涉及國民經濟和日常生活密切相關的肉類、糧油、糖果、糕點、飲料、酒類、水果、調味品等31個食品行業，就業范圍較廣 可適應生產技術管理、質量檢測、品質控制、科學研究、工程設計等領域從事研究、管理、教學等工作。
主要專業課程：有機化學、生物化學、食品營養學、食品化學、食品微生物學、微生物學、飲料工藝學、食品安全與質量控制、食品生物技術、食品工程原理、食品工藝原理、機械設計基礎等。
第五類，生物醫學工程專業（相近專業：醫學生物技術專業）
生物醫學工程是綜合生物學、醫學和工程技術學的交叉學科。也是運用自然科學和工程技術的原理與方法，研究與揭示人體的生命現象，並從工程角度解決人體醫療問題的一門綜合性高技術學科。生物醫學工程專業是目前國際上發展極為迅速的交叉學科和邊緣學科，旨在利用現代工程技術的手段解決生物醫學上的檢測、診斷、治療、管理等問題以及進一步探索生命系統的各種運動形式及其規律性，是21世紀生命科學的重要支柱。共有21所高校開設了生物醫學工程專業。
主要專業課程：模擬與數字電子技術、微機原理、數字信號與處理、工程生理學、定量生理學、醫學成像與圖象處理、生物感測技術、現代醫學儀器、普通生物學、細胞生物學、生物化學、遺傳分子生物學等。
第六類，海洋生物技術專業（相近專業：海洋漁業科學與技術專業、水產養殖專業等）
全世界每年從海洋中捕撈的水產品大約有6 000萬噸，單就這一個數字就足以說明海洋生物專業的重要性和廣闊前景了。本專業培養具有堅實的現代海洋生物科學和現代生物技術基礎知識和基本技能，受到海洋科學研究和工程技術應用的訓練，能在科研、生產及教學等部門從事海洋生物基礎理論研究、高新技術研究和生物製品開發及相關管理的高級專業人才。
主要專業課程：細胞工程、基因工程、微生物工程、蛋白質工程、生物工程下游技術、生物技術大實驗、生物信息學、發育生物學、發酵工程設備等。
與生物學進行交叉研究的專業還有：生物環境學專業、畜牧生物學等。隨著生物科學本身的新進展不斷與其他學科的交叉與融合，新的交叉專業將會持
續不斷地誕生
B. 專訪傅雄飛丨合成生物技術為復雜生命系統提供更多研究手段
物理學中的熵增原理告訴我們，一個孤立系統的熵總是在逐漸增大的。
也就是說在任何一個不與外界交流的事物，必然會從有序狀態轉變為無序狀態，從確定的、有規則的狀態，轉變為不規律的、混沌的狀態。
熵增原理揭示了宇宙萬物演化的終極規律，但生命則生生不息地將 「無序」 變得 「有序」。薛定諤在《生命是什麼》中說過， 「人活著就是在對抗熵增定律，生命以負熵為生。」
所以當生命科學遇到物理學時，會碰撞出什麼火花？
生輝 SynBio 邀請到了中國科學院深圳先進研究院合成生物學研究所 (以下簡稱 「合成所」) 定量合成生物學研究中心的傅雄飛研究員，來與我們分享他在物理學和盯畢合成生物學的交叉研究。
傅雄飛本科畢業於浙江大學物理學系，在香港大學獲得了物理學博士學位。後赴耶魯大學分子、細胞和發育生物學系進行博士後培訓，研究細菌群體趨化運動的協調機制。2016 年，他來到合成所建立獨立實驗室開展研究。
實驗室主要研究方向是利用定量合成生物學方法，通過數理模型和定量實驗相結合的研究手段，研究生物系統中的基本問題，包括生物空間擴張體系的有序結構形成機制的研究。
傅雄飛告訴生輝 SynBio， 合成生物學的終極目標是在理解生命系統原理的基礎上，設計和製造一個生命系統 ，這一過程並不是簡單地將核酸、蛋白等生物組分組合在一起，而是需要遵循一定的設計原理，使得各個部件組合成一個整體之後，產生單個部件所不具備的功能，也可稱為生物功能的 「 涌現 」，但目前生命系凱亮芹統的設計原理還不完全清楚。
這也正是未來合成生物學發展需要解決的問題。在今年 9 月，北京香山召開的以 「定量合成生物學」 為主題的學術討論會上 (香山科學會議第 S64 次學術討論會)，40 余位專家學者圍繞合成生物學的基礎理論研究、技術創新和工程應用以及我國在合成生物學領域的發展戰略，展開了深入而具有建設性的研討。
中國科學院趙國屏院士和中科院深圳先進院合成生物學研究所劉陳立所長在近日發文（點擊直達： 我國迎來定量合成生物學發展重要契機 ）總結，提出要建設理論 (理性設計)、技術 (合成能力)、工程 (自動化平台) 三者相輔相成的合成生物學體系，進而以此推動合成生物學研究由定性、描述性、局部性的研究，向定量、理論化和整體化的變革。
傅雄飛表示，「會議提出的核心科學問題就是如何去理解生命功能的涌現，理解生命系統運行的原理才能做到真正工程化的理性設計，而如何研究生命系統其實和研究物理科學中的復雜系統是很相近的。」
2021 年的物理學諾貝爾獎頒給了真鍋淑郎、克勞斯・哈塞爾曼因和喬治・帕里西，獲獎理由分別是 「對地球氣候的物理建模、量化可變性和可靠地預測全球變暖」 和 「發現了從原子到行星尺度的物理系統中無序和波動之間的相互作用」，這兩項研究為理解地球氣候以及宇宙兩個復雜系統提供了理論基礎。
復雜系統充滿了 「隨機」 和 「無序」，生命系統亦是如此，傅雄飛表示，「生命系統可能是自然界存在的系統中最復雜的系統之一，而許多統計物理學背景的鍵備研究人員都在逐漸轉向研究生命系統， 合成生物技術能夠為復雜生命系統的研究提供更多手段。 」
近日，傅雄飛團隊在 eLife 雜志上發表文章，揭示了細菌通過有序隊列實現集群遷移的協調機制。
如同宏觀世界中的東非動物大遷徙一般，在微觀世界，微生物也會發生群體遷移的現象，細菌可以轉動身上的鞭毛，在液體中游動，在趨化物的吸引下，細菌可以讓自己在各個方向隨機游動的同時慢慢靠近趨化物濃度較高的方向。
不同的細菌個體對於趨化物的敏感度各不相同，所以遷移的速度也不同。 當細菌組成一個群體遷移的時候，對趨化物濃度不敏感的細菌雖然處在群體的尾端，但是卻沒有被落下，而是緊緊地跟隨著敏感的細菌，形成了一個緊湊的有序隊列，以同樣的速度共同運動。
之前，傅雄飛實驗室與耶魯大學 Thierry Emonet 實驗室合作研究發現，這樣的有序隊列對於細菌的集群遷移來說至關重要。可是，細菌個體運動總是在不斷改變游動方向，這樣的有序群體行進隊列是如何從無序的個體隨機運動中 「 涌現 」 出來的呢？
為了回答這個問題，研究人員對每一個細菌的運動軌跡進行了追蹤與觀測，結果發現細菌個體在種群中做往復運動，並與趨化物濃度有關，即隊列後方趨化物濃度低，細菌受到前方趨化物更大的吸引力，向前游動，當細菌到達前端時，因為各處的趨化物濃度都差不多，所以失去了繼續前進的動力。
也正是因為這個機制，不同行動能力的個體才能在同一個群體中協調地共存，以同樣的平均速率向前遷移。進一步地，研究人員利用合成生物學手段對細菌的敏感度進行了人工調控，成功地驗證了協調機制的作用。這一發現不僅可以 解釋許多生命體的群體遷移行為，還對人類 社會 更復雜的群體協作提供了參考。
飛速發展二十餘年，合成生物學也正在經歷一個從 「無序」 到 「有序」 的過程，不僅體現在科研的研究方向上，還體現在政策布局、資本市場等諸多方面，趙國屏院士和劉陳立所長的文章中也提出，「為了推動合成生物學的應用研究，應加強學科交叉與產業配套」，「在解決好底層基礎理論構建以及技術概念驗證之後，加快產業化進程，在市場與資本的雙重推動下，加速我國技術壁壘的形成，實現我國合成生物技術與產品的產業化應用。」
傅雄飛表示，我國尚處於合成生物產業早期，但已呈現出迅猛發展趨勢。目前，我國合成生物相關產業主要集中在 DNA 合成、生物基材料、氨基酸與維生素、工業酶制劑 等應用領域，涌現出一批以金斯瑞生物、凱賽生物、華恆生物等為代表的細分賽道新興企業。
在解決好底層基礎理論構建以及技術概念驗證之後，我國亟需加快推產業化進程。依託自動化設施平台及 「樓上樓下」 等創新模式，「雙環耦合」 驅動 探索 「全過程創新生態鏈」。在市場與資本的雙重推動下，加速我國技術壁壘的形成，塑造反 「卡脖子」、不被 「卡脖子」 的能力。
因此， 我國產、學、研、政應該一體化發展， 協調參與國家戰略 科技 力量共建；調動多主體以多形式參與合成生物學國家戰略 科技 力量布局；積極推動國際發聲，參與國際合成生物學規則及標准制定，展示中國合成生物學 科技 力量，在政策的扶持與保障下，共同促進合成生物學 科技 、產業、教育 健康 良性一體化發展，最終回饋 社會 、反哺我國 社會 經濟。
傅雄飛表示，對此 ，先進院的科研布局邏輯是需求牽引與學科交叉。 一方面，堅持需求牽引，即面向國家重大需求，面向經濟主戰場，根據國家和深圳發展不同時期的現實需求而進行調整；另一方面，堅持學科交叉，學科交叉是科研常態，設立交叉學科秉持 「問題導向」。這種科研布局與傳統的一級學科、二級學科很不一樣，是多個學科交叉，集成創新。由於現代科學的發展，學科交叉的趨勢越來越明顯，單靠一個人的力量是無法解決重大科學問題的，多需多學科共同攻關，而合成生物學正式這樣一個交叉融合的前沿學科。
「 先進院合成所在凝聚人才團隊基礎上，逐漸打造 「科研 - 轉化 - 產業」 的全鏈條企業培育模式。 一批學成歸國的青年科學家，來自哈佛、耶魯、杜克等世界最頂尖高校的前沿 科技 人才，聚集在合成所的平台上，壯大了我國合成生物學研究力量。」
目前，合成所建設整體邁向一個正向 健康 良性運作的軌道上，已初步形成 「科研 + 設施 + 學院 + 產業 + 資本」 模式，並在深圳形成集聚效應。深圳已成為國家乃至全球合成生物學核心重鎮，發展合成生物產業具備先天優勢。
寫在最後
在合成所的布局中，一個重要環節是今年在國內首次舉辦的合成生物學競賽（以下簡稱 「競賽」），競賽匯聚頂級聯合發起方，推倒產業與學術之間的 「高牆」，旨在集結代表現在和未來的才智，打造中國合成生物頂級競賽和創新孵化平台。創新大賽報名目前已經結束團隊創建，進入實驗及准備期。
傅雄飛也是本次競賽的評委，談及本次競賽，他認為比賽只是一個起點，整個賽程可能很短，所以更要做好比賽結束之後的科學研究，要做成一個更加完整的項目，這對幫助參賽學生走上科研道路很有幫助；此外競賽還設置了創業大賽，也是為了推動科研成果的轉化。目前競賽創業大賽報名正在進行，截止時間為 2022 年 1 月 18 日，有志於參與創業大賽的團隊請及時報名。
他也期待有一些多學科交叉的項目出現，比如計算機、數學、法律和哲學等，希望能出現更多新穎的想法，推動合成生物學的創新。