合成生物學(xué)的發(fā)展概況孫鑫序合成生物學(xué)簡介理論背景發(fā)展歷程發(fā)展現(xiàn)狀應(yīng)用前景簡介合成生物學(xué)是生物科學(xué)在21世紀(jì)剛剛出現(xiàn)的一個(gè)分支學(xué)科,近年來合成生物物質(zhì)的研究進(jìn)展很快。與傳統(tǒng)生物學(xué)通過解剖生命體以研究其內(nèi)在構(gòu)造的辦法不同,合成生物學(xué)的研究方向完全是相反的,它是從最基本的要素開始一步步建立零部件。與基因工程把一個(gè)物種的基因延續(xù)、改變并轉(zhuǎn)移至另一物種的作法不同,合成生物學(xué)的目的在于建立人工生物系統(tǒng),讓它們像電路一樣運(yùn)行。合成生物學(xué)被譽(yù)為第四次科技浪潮中的弄潮兒。合成生物學(xué)的科學(xué)家們致力于設(shè)計(jì)和構(gòu)建自然界中并不存在的生物零件、組件和系統(tǒng)。從生命的最基本元素開始,其最終目標(biāo)是構(gòu)建出人工的生命系統(tǒng)理論背景依據(jù)自組織系統(tǒng)結(jié)構(gòu)理論-泛進(jìn)化論(structurity,structuretheory,pan-evolutiontheory),從實(shí)證到綜合(synthetic)探討天然與人工進(jìn)化的生物系統(tǒng)理論,闡述了結(jié)構(gòu)整合(integrative)、調(diào)適穩(wěn)態(tài)與建構(gòu)(constructive)層級(jí)等規(guī)律;因此,系統(tǒng)(systems)生物學(xué)也稱為“整合(integrativebiology)生物學(xué)”,合成(synthetic)生物學(xué)又叫“建構(gòu)生物學(xué)(constructivebiology)”。系統(tǒng)與合成生物學(xué)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、發(fā)生動(dòng)力與磚塊建構(gòu)、工程設(shè)計(jì)等基于結(jié)構(gòu)理論原理,從電腦技術(shù)的系統(tǒng)科學(xué)理論到遺傳工程的系統(tǒng)科學(xué)方法,是將物理科學(xué)、工程技術(shù)原理與方法貫徹到細(xì)胞、遺傳機(jī)器與細(xì)胞通訊技術(shù)等納米層次的生物分子系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。發(fā)展歷程國際上合成生物學(xué)興起于2000年,近年得到高度重視。2006年,美國國家科學(xué)基金會(huì)投入兩千萬美元,資助由哈佛大學(xué)等4家單位共同建立“合成生物學(xué)工程研究中心”。2007年,歐盟也啟動(dòng)了18項(xiàng)與合成生物學(xué)相關(guān)的科學(xué)技術(shù)引導(dǎo)項(xiàng)目。我國的合成生物學(xué)發(fā)展上世紀(jì)五六十年代,我國生物學(xué)家和化學(xué)家合作,曾有過大膽創(chuàng)新,其中兩項(xiàng)引起世界轟動(dòng)的工作——全人工合成牛胰島素和酵母丙氨酸t(yī)RNA的工作上世紀(jì)90年代中期開始,我國科學(xué)家積極開展基因組學(xué)以及相關(guān)學(xué)科的研究及技術(shù)平臺(tái)建設(shè)工作,為今天的合成生物學(xué)研究,奠定了不可或缺的基礎(chǔ)。發(fā)展現(xiàn)狀2002年,紐約大學(xué)的病毒學(xué)家?？ǖ隆ぞS默爾宣布他和他的研究小組從生物技術(shù)公司購買了DNA短小片斷,并在DNA合成公司的協(xié)助下將它們連接起來,制造出了人工合成的脊髓灰質(zhì)炎病毒。這項(xiàng)研究的成功讓維默爾完成了一項(xiàng)前人從未完成的工作。但他同時(shí)向人們發(fā)出警告,生物恐怖主義分子完全有能力制造出致命病毒,例如埃博拉病毒、天花病毒以及一切目前人們擁有的藥物均無法消滅的病毒。我國合成生物學(xué)的發(fā)展非常迅速。從去年至今,已有4項(xiàng)合成生物學(xué)的項(xiàng)目在運(yùn)行,涵蓋人造細(xì)胞工廠、光合作用與人造葉片、新功能人造生物器件和組合生物化學(xué)合成系統(tǒng)等。但是,合成生物學(xué)從基礎(chǔ)到應(yīng)用,從技術(shù)到工程,現(xiàn)在都還處于起步階段,相關(guān)的人才和研究隊(duì)伍,也在形成和組織的過程中2008年,美國Smith等人報(bào)道了世界上第一個(gè)完全由人工化學(xué)合成、組裝的細(xì)菌基因組。今年8月份,他們又成功地將該基因組轉(zhuǎn)入到Mycoplasmagenitalium宿主細(xì)胞中,獲得了具有生存能力的新菌株。該研究使人工合成生命這一合成生物學(xué)終極目標(biāo)取得了歷史性突破,為創(chuàng)造可用于生產(chǎn)藥物、生物燃料、清理毒性廢物等方面的人工基因組奠定了基礎(chǔ)。

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