合成生物学

生物科学的分支学科
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合成生物学（synthetic biology）是生物科学在21世纪出现的一个分支学科，该词最早在1911年Science杂志的两篇文章中出现，至2000年在学术刊物及互联网上逐渐大量出现。2004年“合成生物学”被Technology Review评为将改变世界的十大新出现的技术之一。[1]
合成生物学是通过人工设计和构建自然界不存在的生物系统来解决能源、材料、健康和环境等问题。关键技术涵盖基因测序、合成、编辑及DNA存储等“读-写-编”体系，应用于生物制造（替代石化产品）、医疗（CAR-T疗法）、农业（微生物固氮）、环境治理（塑料降解）等领域。[1][2]具体研究内容主要包括：生物大分子的合成与模块化；生物基因组的合成、简化与重构；合成代谢网络；遗传／基因线路的设计与构建；细胞群体系统及多细胞系统研究；数学模拟和功能预测。[2]合成生物学成为继“DNA双螺旋结构”、“基因组技术”之后的第三次生物科技革命。[3]

简介

合成生物学（synthetic biology），最初由Hobom B.于1980年提出来表述基因重组技术，随着分子系统生物学的发展，2000年E. Kool在美国化学年会上重新提出来，2003年国际上定义为基于系统生物学的遗传工程和工程方法的人工生物系统研究，从基因片段、DNA分子、基因调控网络与信号传导路径到细胞的人工设计与合成，类似于现代集成型建筑工程，将工程学原理与方法应用于遗传工程与细胞工程等生物技术领域，合成生物学、计算生物学与化学生物学一同构成系统生物技术的方法基础。
合成生物学是指人们将“基因”连接成网络，让细胞来完成设计人员设想的各种任务。例如把网络同简单的细胞相结合，可提高生物传感性，帮助检查人员确定地雷或生物武器的位置。再如向网络加入人体细胞，可以制成用于器官移植的完整器官。让·维斯是麻省理工学院计算机工程师，早在他读研究生时就迷上了生物学，并开始为细胞“编程”，现在已成为合成生物学的领军人物。维斯的导师、计算机工程师和生物学家汤姆·奈特表示，他们希望研制出一组生物组件，可以十分容易地组装成不同的“产品”，即特别设计的、相互影响的基因线路。波士顿大学生物医学工程师科林斯已研制出一种“套环开关”，所选择的细胞功能可随意开关。加州大学生 物学和物理学教授埃罗维茨等人研究出另外一种线路：当某种特殊蛋白质含量发生变化时，细胞能在发光状态和非发光状态之间转换，起到有机振荡器的作用，打开了利用生物分子进行计算的大门。让·维斯和加州理工学院化学工程师阿诺尔一起，采用“定向进化”的方法，精细调整研制线路，将基因网络插入细胞内，有选择性地促进细胞生长。让·维斯目前正在研究另外一群称为“规则系统”的基因，他希望细菌能估计刺激物的距离，并根据距离的改变做出反应。该项研究可用来探测地雷位置：当它们靠近地雷时细菌发绿光；远离地雷时则发红光。维斯另一项大胆的计划是为成年干细胞编程，以促进某些干细胞分裂成骨细胞、肌肉细胞或软骨细胞等，让细胞去修补受损的心脏或生产出合成膝关节。尽管该工作尚处初级阶段，但却是生物学调控领域中重要的进展。