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合成生物学

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在美国航空航天局NASA Ames研究中心的合成生物学研究。
在美国航空航天局NASA Ames研究中心的合成生物学研究。

合成生物学(英语:synthetic biology)是将生物科学应用到日常生活中的一种崭新方式。英国伦敦的皇家科学院(Royal Society)认为:合成生物学结合了其他领域的知识工具,涉及的领域包括系统生物学基因工程机械工程机电工程信息论物理学纳米技术电脑模拟等等。

目前,合成生物学已在多个行业落实应用,例如农业能源制造业医学等等。

历史

合成生物学家试图创造出一种以脱氧核糖核酸编写的语言。为了达此目的,需要设计脱氧核糖核酸片段,而这些脱氧核糖核酸片段已经获得标准化处理,能与其他片段轻易连结。每个片段代表着个别指示,而将它们组合起来,便成为一个程式,能够指示细胞进行一系列工作。这个过程类似编写计算机程序又或是制造机器人,不同之处是其制成品是具有生命繁殖力的活细胞

合成生物学能够迅速发展成为一门学科,有赖脱氧核糖核酸编码能力的急速提升。凭着近年在化学合成分子生物学发展成果,终能将整个基因组直接从它们的去氧核糖核酸建构基(A、T、G及C)合成。这种技术成本准确程度及反应时间等各方面,一直得到迅速改善。在可见将来,即使要从开始来创造基因组,亦会变得轻而易举。

合成生物学与基因工程学之分别

合成生物学是以过去三十年来研制而成的工具为发展基础。基因工程学则专门运用分子生物学制造脱氧核糖核酸(例如复制聚合酶链式反应),并以自动定序形式来读取脱氧核糖核酸。合成生物学增添了脱氧核糖核酸自动合成标准设定、抽象概念应用以及人工设计组合等功能,大大简化整个设计程序

现今的应用范围

生物能源

进行细胞工程,将淀粉质纤维素农业废物)及二氧化碳中的转化为具效益的产物,包括交通工具所需燃料。利用可再生原料进行碳中和化合作用,有助减少温室气体的排放。

绿色制造

传统塑胶纺织制造业牵涉的制作过程,往往需用上高温和有害溶剂,更会产生污染物。就上述步骤进行细胞工程将可以引伸出一系列程序,其中一些更可以在室温环境下进行,最后不会产生有害的副产品。

农业

现时,合成生物学获应用于植物工程学,将有助科学家设计一系列能带来更丰硕收成、具抗病能力,及能抵抗极端或恶劣环境的农作植物品种

制药业

可重新改造细菌酵母,达致低成本的目的,例如采用经基因重组细菌生产疟疾。上述过程将有效大幅降低生产成本,从而将药物推广于发展中国家的庞大市场

医疗

重整人类细胞,与人体组织器官作更佳结合;而细菌人类免疫细胞则可获转用于发展多项针对不健全细胞组织的疗法,有助对抗癌病及一些遗传病

人造生命

合成生命试图探索生命的起源,研究生命的机理,甚至从非生命物质中创造生命。克莱格·凡特的研究团队在2010年5月宣布,他们组装了将百万碱基对的基因组插入了细胞,合成了可以自我复制的细胞。[1]基因组是基于Mycoplasma mycoides的基因组设计,经过修剪、加入使其可在酵母中生长等的成分。 先是合成超过一千个核苷酸小片段,之后逐步在酵母和其他细胞正组装成基因组,最后把它注入到原本遗传物质移除的另一个物种Mycoplasma capricolum[2][3]。合成的细胞和以分裂,“完全由新的基因组控制”,ultimately demonstrating that DNA can be very practically described by its chemical properties.[3]凡特认为,这是“第一个合成细胞”,花费了超过四千万美元[3]。科学社群中对此细胞是否为完全合成存在争议[3]:化学合成的基因组序列基本是自然基因组1:1的复制,接受基因组的细胞也是自然的细菌。克莱格·凡特研究院坚持使用“人工合成的细菌细胞”,但解释是“我们不认为这是从头凑成的细胞,而是从已有的生命使用合成DNA创造生命。”[4]凡特计划将合成的细胞申请专利,宣称“它们明显属于人类发明”[3]。研究者认为,建造合成生命会允许研究者通过创造生命了解生命,而不是通过分裂生命。他们还提议,延展生命和机器的边界,直到两者重叠,产生“真正可以编程的生物”[5]。参与者认为,与当今的科技相比,创造“真正合成的生化生命”与当今的科技水平接近,而且比登月便宜[6]

参考文献

  1. ^ Scientists Reach Milestone On Way To Artificial Life. 2010-05-20 [2010-06-09]. 
  2. ^ Gibson DG, Glass JI, Lartigue C, Noskov VN, Chuang RY, Algire MA, Benders GA, Montague MG, Ma L, Moodie MM, Merryman C, Vashee S, Krishnakumar R, Assad-Garcia N, Andrews-Pfannkoch C, Denisova EA, Young L, Qi ZQ, Segall-Shapiro TH, Calvey CH, Parmar PP, Hutchison CA 3rd, Smith HO, Venter JC. Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. Science. 2010, 329 (5987): 52–6. PMID 20488990. doi:10.1126/science.1190719. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Robert Lee Hotz. Scientists Create First Synthetic Cell. The Wall Street Journal. May 21, 2010 [April 13, 2012]. 
  4. ^ Craig Venter Institute. FAQ. [2011-04-24]. (原始内容存档于2010-12-28). 
  5. ^ W. Wayte Gibbs. Synthetic Life. Scientific American. May 2004. 
  6. ^ NOVA: Artificial life. [2007-01-19]. 

外部链接

视频

参见

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