合成生物学

合成生物学的发展概况孙鑫序合成生物学简介理论背景发展历程发展现状应用前景简介合成生物学是生物科学在21世纪刚刚出现的一个分支学科,近年来合成生物物质的研究进展很快。与传统生物学通过解剖生命体以研究其内在构造的办法不同,合成生物学的研究方向完全是相反的,它是从最基本的要素开始一步步建立零部件。与基因工程把一个物种的基因延续、改变并转移至另一物种的作法不同,合成生物学的目的在于建立人工生物系统,让它们像电路一样运行。合成生物学被誉为第四次科技浪潮中的弄潮儿。合成生物学的科学家们致力于设计和构建自然界中并不存在的生物零件、组件和系统。从生命的最基本元素开始,其最终目标是构建出人工的生命系统理论背景依据自组织系统结构理论-泛进化论(structurity,structuretheory,pan-evolutiontheory),从实证到综合(synthetic)探讨天然与人工进化的生物系统理论,阐述了结构整合(integrative)、调适稳态与建构(constructive)层级等规律;因此,系统(systems)生物学也称为“整合(integrativebiology)生物学”,合成(synthetic)生物学又叫“建构生物学(constructivebiology)”。系统与合成生物学的系统结构、发生动力与砖块建构、工程设计等基于结构理论原理,从电脑技术的系统科学理论到遗传工程的系统科学方法,是将物理科学、工程技术原理与方法贯彻到细胞、遗传机器与细胞通讯技术等纳米层次的生物分子系统分析与设计。发展历程国际上合成生物学兴起于2000年,近年得到高度重视。2006年,美国国家科学基金会投入两千万美元,资助由哈佛大学等4家单位共同建立“合成生物学工程研究中心”。2007年,欧盟也启动了18项与合成生物学相关的科学技术引导项目。我国的合成生物学发展上世纪五六十年代,我国生物学家和化学家合作,曾有过大胆创新,其中两项引起世界轰动的工作——全人工合成牛胰岛素和酵母丙氨酸tRNA的工作上世纪90年代中期开始,我国科学家积极开展基因组学以及相关学科的研究及技术平台建设工作,为今天的合成生物学研究,奠定了不可或缺的基础。发展现状2002年,纽约大学的病毒学家埃卡德·维默尔宣布他和他的研究小组从生物技术公司购买了DNA短小片断,并在DNA合成公司的协助下将它们连接起来,制造出了人工合成的脊髓灰质炎病毒。这项研究的成功让维默尔完成了一项前人从未完成的工作。但他同时向人们发出警告,生物恐怖主义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们拥有的药物均无法消灭的病毒。我国合成生物学的发展非常迅速。从去年至今,已有4项合成生物学的项目在运行,涵盖人造细胞工厂、光合作用与人造叶片、新功能人造生物器件和组合生物化学合成系统等。但是,合成生物学从基础到应用,从技术到工程,现在都还处于起步阶段,相关的人才和研究队伍,也在形成和组织的过程中2008年,美国Smith等人报道了世界上第一个完全由人工化学合成、组装的细菌基因组。今年8月份,他们又成功地将该基因组转入到Mycoplasmagenitalium宿主细胞中,获得了具有生存能力的新菌株。该研究使人工合成生命这一合成生物学终极目标取得了历史性突破,为创造可用于生产药物、生物燃料、清理毒性废物等方面的人工基因组奠定了基础。

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