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合成生物学的前景及面临的挑战

合成生物学是研究与制造新的生物元件、装置和系统,重新生成已有的自然生物系统或新的"人造生命"的学科。它对生命起源和生物进化的研究有重要意义,并已在医药、能源、环保和农业等领域显现出广阔的应用前景,有望带来21世纪新一轮科技浪潮。同时,合成生物学的发展也面临着技术及社会伦理方面的挑战。

生物学教学 21年( 7第4 02第3卷)期

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合成生物学的前景及面临的挑战 陈龙常云霞陈璨 (南周师学生科系 4 O ) 河省口范院命学 ̄ O 1 摘要合成生物学是研究与制造新的生物元件、置和系统,装重新生成已有的自然生物系统或新的“人造生命”的学科。它对生命起源和生物进化的研究有重要意义,并已在医药、源、能环保和农业等领域显现出广阔的应用前景,有望带来 2世纪新一轮科 1技浪潮。同时,合成生物学的发展也面临着技术及社会伦理方面的挑战。 关键词合成生物学合成基因组生物安全

合成生物学(ytecbo g )生命科学的_个 s ht i oy是 n i l分支学科,现代生命科学、化学、理学、物工程学、数学、 计算机等相关学科都是其交叉学科。合成生物学的发展将带动医药、能源、环保、农业等领域的进步和创新, 进而极大地提升生物产业的发展水平,对未来的经济

物元件,建立成标准的生物元件库,一步一步地将这些

标准化的生物元件进行组合与装配,形成复杂的生物装置和生物系统。在这种原理下,杂的生命系统被复视为各种功能元素的有机结合。生物元件的标准化有助于提高模块设计的可控性和可预见性 J。 合成生物学的发展主要涉及四个重要的技术。一

将产生重大影响。合成生物学对生命的起源与进化的 研究也具有十分重要的意义。美国《学》志在科杂 21 00年 5月发表了文特尔小组的研究成果:首先用化学方法合成了丝状支原体丝状亚种的 D A, N然后将其

是基因组测序技术,技术的发展,测序使完全弄清楚原有的系统、更好地设计新的系统成为可能;二是计算机模拟建模,整个生命系统的构成和功能机制等有在对 一

植入去除了遗传物质的山羊支原体中,最终创造出了 世界首个“造单细胞生物”被命名为“西娅”人,辛 (y t a意为“ Snh, i人造儿”…。一具有里程碑意义的 )这成果立刻在科学界与社会上产生强烈反响,使合成生物学成为了生命科学领域的热点。 1合成生物学及其研究内容

个系统深入的认识之后,便可通过计算机模拟建模

分析,出想要实现的新的生命体系;编制三是从无到有获得新的基因;四是通过移植技

术获得新的生命细胞。 目前的研究主要集中在生物元件的标准化,物模块生的设计和改造,界定最小基因组,因组的设计、成基合 与组装等几个方面』。 2合成生物学的前景合成生物学既有重要的科学意义,又有重要的工程技术意义和重大的产业意义,它将为人类社会的科’

合成生物学与以研究生命体内在构造和功能机理为内容的传统生物学不同,也与以模拟、改造基因并转 移至另一物种中表达为目标的基因工程不同。合成生物学从生命体最基本的组分——生命分子开始,逐步建立模块,搭建框架,成线路网络,后建立人工生形最

学技术和经济的发展带来巨大的影响。合成生物学是 人类攻克生命起源和生物进化等根本性理论难题的最

物体系,使其按照设计的目的运行。合成生物学是研究设计与制造新的生物元件、装置与系统,重新合成已 有的自然生物系统,或者创造自然界不存在的“人造生

有效武器之一,它将对哲学和其他思想理论体系的发展产生深刻地影响。合成生物学在工程技术上的应用,能创造出“为我 (人类 )所用”的新生命。这些技术的成熟应用,有力地促进生物技术的发展。其在工将业生物技术中的应用,将改善人类的健康事业,在新将 能源、新材料和化学品的研究和开发中发挥作用;在农

命”的新学科【。其目的在于设计和构建工程化的生 物体系,使其能够处理信息、加工化合物、制造材料、生 产能源、提供食物和处理污染等从而应对人类社会发展所面临的多种挑战。 合成生物学的一个主要特征是应用工程学原理进

业和环境科学中的应用,可提升农业和生态环境工程 的技术能力,从而保护人类的生存环境。

行生物学研究。它是把复杂的生命系统分解为各个生 teT r oai l lb 0 ( ) 5 h omyBtnc u,1 1 2: 5—6 aC 3

用合成生物学方法构建的生物功能模块既能对特 定因素作出反应,能按照一定规律调控细胞行又为[l 5。经设计改造的生物模块能监测人体内的各种

[O F e A,D t J 0 5 e ni r i fPe ohs m 2] i J a o P .20 .A r o s e t n o l r ac f l n c d ao u p u ( si l mp acca )adseics tsf

e eln Muc:Pe hsaee n pc t u raN w Z a d u i f a o a edmi。 l rpacm 6ai l m s. t o n e c Pe ohsu vloi tt m.nv e el u f u ̄.e n o.N wZ a— adJun f o n, 3 4 8 1— 8 n ora o t y 4 ( ): 7 8 4 l Ba

病原体,甚至癌细胞,有可能定向杀死癌细胞,清除或有害细菌造成的感染。现已成功研发出了用于检测泌尿系统传染病的生物传感器。合成生物学技术也能用来生产昂贵药物及生物医药材料等。利用生物合成技 术可以快速而经济地在人工设计的微生物细胞中大量合成复杂天然产物,也可以设计和制造针对各种耐药

[1臧 2]

穆,黎兴江(主编 ) 0 1 .2 1 .中国隐花 (子 )物科属辞孢植

典.北京:高等教育出版社,— 9 1 9O

[2胡人亮. 97苔藓植物学. 2] 18 .北京:高等教育出版社, ̄ 6 1 45

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