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合成生物學(xué)
1980年建立的生物學(xué)科
合成生物學(xué)是生物科學(xué)在二十一世紀(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。合成生物學(xué)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。
合成生物學(xué)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)（artificial biosystem），讓它們像電路一樣運(yùn)行。
基本信息
| 中文名 | 合成生物學(xué) |
| 外文名 | synthetic biology |
| 建立時(shí)間 | 1980年 |
| 研究范圍 | 生物學(xué) |
| 代表人物 | Hobom B |
| 其他稱呼 | 綜合生物學(xué) |
| 目的 | 人工生物系統(tǒng)，像電路一樣運(yùn)行 |
| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 生物科學(xué)、生物工程 |
收起
簡(jiǎn)介
合成生物學(xué)（synthetic biology），最初由Hobom B.于1980年提出來表述基因重組技術(shù)，隨著分子系統(tǒng)生物學(xué)的發(fā)展，2000年E. Kool在美國化學(xué)年會(huì)上重新提出來，2003年國際上定義為基于系統(tǒng)生物學(xué)的遺傳工程和工程方法的人工生物系統(tǒng)研究，從基因片段、DNA分子、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與信號(hào)傳導(dǎo)路徑到細(xì)胞的人工設(shè)計(jì)與合成，類似于現(xiàn)代集成型建筑工程，將工程學(xué)原理與方法應(yīng)用于遺傳工程與細(xì)胞工程等生物技術(shù)領(lǐng)域，合成生物學(xué)、計(jì)算生物學(xué)與化學(xué)生物學(xué)一同構(gòu)成系統(tǒng)生物技術(shù)的方法基礎(chǔ)。
合成生物學(xué)的研究
“合成生物學(xué)”更早可追蹤到波蘭科學(xué)家Waclaw Szybalski采用“合成生物學(xué)”術(shù)語，以及目睹分子生物學(xué)進(jìn)展、限制性內(nèi)切酶發(fā)現(xiàn)等可能導(dǎo)致合成生物體的預(yù)測(cè)。“系統(tǒng)生物學(xué)”則可追蹤到貝塔朗菲的“有機(jī)生物學(xué)”及定義“有機(jī)”為“整體或系統(tǒng)”概念，以及闡述采用開放系統(tǒng)論、數(shù)學(xué)模型與計(jì)算機(jī)方法研究生物學(xué)。
隨著計(jì)算機(jī)、生物信息、基因合成與基因測(cè)序等技術(shù)的進(jìn)展，使計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、全基因乃至基因組人工合成成為可能，使生物工程產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)瓶頸可能突破，使生物產(chǎn)業(yè)能夠進(jìn)入工程化與設(shè)計(jì)化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，導(dǎo)致了有如“系統(tǒng)科學(xué)與自動(dòng)通訊技術(shù)”之間的理論研究與技術(shù)轉(zhuǎn)化互動(dòng)，系統(tǒng)科學(xué)與生物技術(shù)、系統(tǒng)生物學(xué)與合成生物學(xué)之間的密切互動(dòng)，也將導(dǎo)致系統(tǒng)生物技術(shù)的基礎(chǔ)研究向應(yīng)用開發(fā)的轉(zhuǎn)化（轉(zhuǎn)化科學(xué)、轉(zhuǎn)化生物學(xué)）距離迅速縮短。
理論背景
合成生物學(xué)的研究
合成生物學(xué)（synthetic biology），也可翻譯成綜合生物學(xué)，即綜合集成，“synthetic”在不同地方翻譯成不同中文，比如綜合哲學(xué)（synthetic philosophy）、“社會(huì)-心理-生物醫(yī)學(xué)模式”的綜合（synthetic）醫(yī)學(xué)（genbrain biosystem network - 中科院曾邦哲1999年建于德國，探討生物系統(tǒng)分析學(xué)“biosystem analysis”與人工生物系統(tǒng)“artificial biosystem”，包括實(shí)驗(yàn)、計(jì)算、系統(tǒng)、工程研究與應(yīng)用），同時(shí)也被歸屬為人工生物系統(tǒng)研究的系統(tǒng)生物工程技術(shù)范疇，包括生物反應(yīng)器與生物計(jì)算機(jī)開發(fā)。
“21世紀(jì)是系統(tǒng)生物科學(xué)與工程 - 也就是生物系統(tǒng)分析學(xué)與人工生物系統(tǒng)的時(shí)代，將帶來未來的科技與產(chǎn)業(yè)革命”。系統(tǒng)（system）、整合（integrative）、合成（synthetic）或綜合生物學(xué)各有偏重點(diǎn)，系統(tǒng)（system）、結(jié)構(gòu)（structure）、圖式（patten）遺傳學(xué)也存在偏重點(diǎn)，但整個(gè)屬于系統(tǒng)生物科學(xué)與工程領(lǐng)域。系統(tǒng)科學(xué)方法與原理源自坎農(nóng)的生理學(xué)穩(wěn)態(tài)機(jī)理和圖靈的計(jì)算機(jī)模型及圖式發(fā)生的研究，又應(yīng)用于生物科學(xué)與工程。計(jì)算機(jī)科學(xué)中的圖形識(shí)別被翻譯成“模式”，但生物學(xué)中又有將“model animal”翻譯成模式動(dòng)物，在認(rèn)知心理學(xué)和發(fā)育生物學(xué)中也有的翻譯成“圖式”；因此，綜合翻譯成“圖式”（patten），而且也包括了“系統(tǒng)（scheme或system）”與“完形（gestalt或configuration）”等含意。21世紀(jì)伊始，進(jìn)入了系統(tǒng)生物學(xué)與工程迅速發(fā)展的時(shí)代，而系統(tǒng)遺傳學(xué)與合成生物學(xué)（系統(tǒng)遺傳工程或轉(zhuǎn)基因系統(tǒng)生物技術(shù)）是其核心，并將帶來的是系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與生物工業(yè)革命。1997年曾邦哲（Zeng BJ.）設(shè)計(jì)與操作的一個(gè)典型的系統(tǒng)生物學(xué)非加和性抗藥細(xì)胞實(shí)驗(yàn)：CHO細(xì)胞用化學(xué)誘變劑甲磺酸乙脂處理一次篩選到抗10uM和20uM洛伐他汀的細(xì)胞系，再用甲磺酸乙脂處理一次抗10uM洛伐他汀的突變細(xì)胞系篩選到高到可抗70uM洛伐他汀的細(xì)胞系，70uM遠(yuǎn)大于2X20uM=40uM，說明基因與基因的相互作用是非加和性的，也就是系統(tǒng)遺傳學(xué)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。
發(fā)展歷程
合成生物學(xué)的研究
“在合成生物學(xué)的成熟，美國國會(huì)和政策制定者應(yīng)該考慮如何合理化和現(xiàn)代化的管理新的融合技術(shù)，而不是試圖鞋拔子每一個(gè)新的領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展到原有法律書面的一組不同的問題和潛在的風(fēng)險(xiǎn)， ” Rodemeyer爭(zhēng)辯。
“這將是容易貶謫討論監(jiān)督次要。但是拖延承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。富有成效的對(duì)話可能會(huì)變得更加困難作為合成生物學(xué)的發(fā)展和利益相關(guān)者成為他們的意見分歧有關(guān)利益和風(fēng)險(xiǎn)。在現(xiàn)行的監(jiān)管架構(gòu)是為生物技術(shù)自然起點(diǎn)合成生物學(xué)監(jiān)督。但最好的框架是拼湊而成棉被，幾十年舊準(zhǔn)則和法律，可能會(huì)阻礙創(chuàng)新，削弱了公眾的信任，承諾和妥協(xié)的好處synbio說， “大衛(wèi)Rejeski ，主任展望與治理項(xiàng)目，伍德羅威爾遜國際學(xué)者中心?！皼Q策者，工業(yè)，和其他關(guān)鍵利益相關(guān)方應(yīng)立即開始討論的基本問題，不論是現(xiàn)有的法規(guī)將與先進(jìn)的合成生物學(xué)，如果沒有，什么樣的變化，可能需要確保安全的開發(fā)和應(yīng)用科學(xué)。 ”拉特瑙研究所的一個(gè)單位，荷蘭皇家藝術(shù)和科學(xué)院，描述synbio作為融合的分子生物學(xué)，信息技術(shù)和納米技術(shù)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)生物系統(tǒng)（biosystem）。
合成生物學(xué)
早在1974年，波蘭遺傳學(xué)家斯吉巴爾斯基（Waclaw Szybalski），就已經(jīng)預(yù)言了生物學(xué)可能的未來：一直以來我們都在做分子生物學(xué)描述性的那一面，但當(dāng)我們進(jìn)入合成生物學(xué)的階段，真正的挑戰(zhàn)才要開始。我們會(huì)設(shè)計(jì)新的調(diào)控元素，并將新的分子加入已存在的基因組（genome）內(nèi)，甚至建構(gòu)一個(gè)全新的基因組。這將是一個(gè)擁有無限潛力的領(lǐng)域，幾乎沒有任何事能限制我們?nèi)プ鲆粋€(gè)更好的控制回路。最終，將會(huì)有合成的有機(jī)生命體出現(xiàn)。合成生物學(xué)可能源自于發(fā)現(xiàn)能“剪接”DNA的酵素之時(shí)。
合成生物學(xué)
1994年中科院曾邦哲發(fā)表系統(tǒng)生物工程的基因組藍(lán)圖設(shè)計(jì)與生物機(jī)器裝配、生物分子電腦與細(xì)胞仿生工程等仿生學(xué)與基因工程的整合概念，1999年曾邦哲用“genomic intelligence”表述可人工編制基因組程序和設(shè)計(jì)細(xì)胞內(nèi)分子電路系統(tǒng)的“artificial biosystem”概念圖，以之區(qū)別于“artificial life”，從而正式提出計(jì)算機(jī)學(xué)和仿生學(xué)、轉(zhuǎn)基因工程的細(xì)胞分子機(jī)器的設(shè)計(jì)與裝配研究。
《科學(xué)美國人》（Scientific American）雜志編輯比艾羅（David Biello）曾經(jīng)用過一個(gè)簡(jiǎn)單的比喻，來說明什么是合成生物學(xué)：如果將生命比作電腦，那么，由許多核酸組成的程式碼——基因體，就是生命的作業(yè)系統(tǒng)（operating system）。合成生物學(xué)想做的就是，透過創(chuàng)造或改寫基因組，讓生命表現(xiàn)出預(yù)期的行為，執(zhí)行預(yù)定的工作。然而，有時(shí)候我們會(huì)把生命的程式寫“壞”了，就像你把電腦的作業(yè)系統(tǒng)弄壞了一樣；電腦會(huì)因此開不了機(jī)，而生命機(jī)器也會(huì)因此不正常或是死亡。藉由嘗試錯(cuò)誤（trial and error）的過程，累積成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)，人們就會(huì)漸漸了解生命程式的規(guī)則與語法，進(jìn)而掌握撰寫生命藍(lán)圖的法則。
為了控制生命機(jī)器的行為表現(xiàn)，我們需要將控制邏輯寫到生命的作業(yè)系統(tǒng)——基因體之中?？刂七壿嬍枪こ虒W(xué)（engineering）的專業(yè)領(lǐng)域，因此合成生物學(xué)必須結(jié)合工程學(xué)與生物學(xué)等學(xué)門，為一跨領(lǐng)域的研究學(xué)門。能與合成生物學(xué)結(jié)合的領(lǐng)域包括：分子生物學(xué)、基因組工程、資訊科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、電機(jī)電子工程等。
分子生物學(xué)與基因組工程是合成生物學(xué)的根基，因?yàn)楸仨毻高^剪接DNA，才能寫出所需要的作業(yè)系統(tǒng)；資訊科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)，專精於生物資料的收集、分析與模擬；電機(jī)電子工程則是負(fù)責(zé)控制邏輯回路的設(shè)計(jì)。合成生物學(xué)的目標(biāo)是透過創(chuàng)造或修改基因組的過程，去了解生命運(yùn)作的法則，并導(dǎo)入抽象化（abstraction）、標(biāo)準(zhǔn)化（standardization）等工程概念，以進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計(jì)與開發(fā)相關(guān)應(yīng)用。
應(yīng)用前景
合成生物學(xué)將催生下一次生物技術(shù)革命。目前，科學(xué)家們已經(jīng)不局限于非常辛苦地進(jìn)行基因剪接，而是開始構(gòu)建遺傳密碼，以期利用合成的遺傳因子構(gòu)建新的生物體。合成生物學(xué)在未來幾年有望取得迅速進(jìn)展。據(jù)估計(jì)，合成生物學(xué)在很多領(lǐng)域?qū)⒕哂袠O好的應(yīng)用前景，這些領(lǐng)域包括更有效的疫苗的生產(chǎn)、新藥和改進(jìn)的藥物、以生物學(xué)為基礎(chǔ)的制造、利用可再生能源生產(chǎn)可持續(xù)能源、環(huán)境污染的生物治理、可以檢測(cè)有毒化學(xué)物質(zhì)的生物傳感器等。
盡管合成生物學(xué)的商業(yè)應(yīng)用多數(shù)還要幾年以后才能實(shí)現(xiàn)，但現(xiàn)在研究人員已經(jīng)在利用合成生物體來研制下一代清潔的可再生生物燃料以及某些稀缺的藥物。第一代合成微生物是合成生物學(xué)的簡(jiǎn)單應(yīng)用，它們可能與目前利用DNA重組的微生物類似，其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估或許不成問題，因此，對(duì)立法者的挑戰(zhàn)較少。但隨著合成生物學(xué)技術(shù)不斷走向成熟，又可能研制出復(fù)雜的有機(jī)體，其基因組可能由各種基因序列（包括實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)和研制的人工基因序列）重組而成。盡管其風(fēng)險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問題與經(jīng)過基因修飾的生物體引發(fā)的問題類似，但對(duì)于這類復(fù)雜的合成微生物來說，找到上述問題的答案要困難得多。
在轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)方面，立法者對(duì)轉(zhuǎn)基因生物體進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，一般是通過將轉(zhuǎn)基因生物體與為人們所熟知的同類的非轉(zhuǎn)基因生物進(jìn)行比較分析，從而認(rèn)識(shí)增加的遺傳物質(zhì)的功能。立法者通過將自然存在的物種與轉(zhuǎn)基因物種進(jìn)行比較，來確保新的有機(jī)體像其傳統(tǒng)的同類物質(zhì)“一樣安全”。
但是，對(duì)于通過合成生物學(xué)制成的復(fù)雜的有機(jī)體而言，如果它是由各種來源的遺傳序列組合而成或者含有人工DNA，就很難確定其“遺傳譜系”。另外，重組后的遺傳序列是否保留其原有的功能，或者新組分之間是否會(huì)產(chǎn)生協(xié)同反應(yīng)從而導(dǎo)致不同的功能或行為也是個(gè)問題。隨著對(duì)有關(guān)遺傳成分的認(rèn)識(shí)的增加，科學(xué)家們也許可以預(yù)測(cè)新的遺傳改造所具有的功能，但是，由來自合成和自然物質(zhì)的遺傳成分合成的有機(jī)體可能會(huì)表現(xiàn)出原來沒有過的“新行為”。先進(jìn)的合成微生物的復(fù)雜性給根據(jù)遺傳序列和結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能預(yù)測(cè)增加了新的不確定性?，F(xiàn)有的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法無法用來預(yù)測(cè)復(fù)雜的適應(yīng)系統(tǒng)。此外，盡管許多科學(xué)家認(rèn)為轉(zhuǎn)基因生物體在自然環(huán)境中可能無法生存或繁殖，但合成有機(jī)體可以發(fā)生變異和進(jìn)化，這引起了人們的擔(dān)憂，擔(dān)心它們?nèi)绻尫诺江h(huán)境中，其遺傳物質(zhì)可能擴(kuò)散到其它有機(jī)體，或者與其它有機(jī)體交換遺傳物質(zhì)。這種風(fēng)險(xiǎn)同樣與轉(zhuǎn)基因生物引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)類似，只是要預(yù)先評(píng)估將來開發(fā)的復(fù)雜的合成生物體的風(fēng)險(xiǎn)更為困難。
合成生物學(xué)無疑會(huì)推動(dòng)生物燃料、特種化學(xué)品、農(nóng)業(yè)和藥物等方面的進(jìn)步。但這個(gè)新興領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展對(duì)政府的監(jiān)管提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?？茖W(xué)家們已經(jīng)開始關(guān)注合成生物學(xué)研究的風(fēng)險(xiǎn)問題。最受關(guān)注的莫過于生物安全問題。合成生物學(xué)的早期應(yīng)用引發(fā)的安全性問題應(yīng)予以重視。像其它新技術(shù)一樣，合成生物學(xué)對(duì)決策者提出了挑戰(zhàn)。政府在制定政策時(shí)必須做出權(quán)衡，一方面是如何收獲新產(chǎn)品的利益，另一方面是如何預(yù)防對(duì)環(huán)境和公共健康的潛在危害。目前，人們普遍認(rèn)為，針對(duì)遺傳工程制定的政策和法規(guī)是制定面向合成生物學(xué)的政策法規(guī)時(shí)可以效仿的。在這項(xiàng)新技術(shù)成熟之前，決策者應(yīng)考慮如何對(duì)這項(xiàng)新興的融合技術(shù)進(jìn)行約束。由于合成生物學(xué)的不確定性，立法者面臨的挑戰(zhàn)是如何制定決策，使對(duì)合成生物體的管制既不能過松，也不能過嚴(yán)。因此，亟需在產(chǎn)品開發(fā)的同時(shí)開展風(fēng)險(xiǎn)研究。毋庸置疑，一般性研究是很有用的，但很多情況下，必須針對(duì)具體的生物體、產(chǎn)品和應(yīng)用進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)研究。
發(fā)展的重要性
“合成生物學(xué)是21世紀(jì)初新興的生物學(xué)研究領(lǐng)域，是在闡明并模擬生物合成的基本規(guī)律之上，達(dá)到人工設(shè)計(jì)并構(gòu)建新的、具有特定生理功能的生物系統(tǒng)，從而建立藥物、功能材料或能源替代品等的生物制造途徑，我國必須重視和加強(qiáng)這一領(lǐng)域的研究與開發(fā)?！苯?，在以“合成生物學(xué)基礎(chǔ)前沿問題”為主題的第144期東方科技論壇上，來自全國各地60多位兩院院士和專家學(xué)者發(fā)出呼吁。
中國大會(huì)執(zhí)行主席鄧子新院士認(rèn)為：“在合成生物學(xué)在全世界蓬勃發(fā)展的歷史性機(jī)遇面前，探討在我國開展合成生物學(xué)的研究對(duì)象與最佳切入點(diǎn)，發(fā)展和建立合成生物學(xué)新理論、新方法及相應(yīng)的技術(shù)支撐體系，這對(duì)提升我國現(xiàn)代化生物技術(shù)水平、搶占合成生物學(xué)研究制高點(diǎn)有極大的意義。”與會(huì)專家結(jié)合國際合成生物學(xué)發(fā)展動(dòng)態(tài)及我國相關(guān)領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)，探討我國開展合成生物學(xué)的可行性、現(xiàn)階段的主要目標(biāo)和任務(wù)，就合成生物學(xué)中核心元件（如基因線路、酶、代謝途徑等）的標(biāo)準(zhǔn)化以及合理組裝方式，建立具有可預(yù)測(cè)性和調(diào)控性的代謝途徑，構(gòu)建具有特定功能的新生物體等進(jìn)行了深入研討。
自2000年《自然》（Nature）雜志報(bào)道了人工合成基因線路研究成果以來，合成生物學(xué)研究在全世界范圍引起了廣泛的關(guān)注與重視，被公認(rèn)為在醫(yī)學(xué)、制藥、化工、能源、材料、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。國際上的合成生物學(xué)研究發(fā)展飛速，在短短幾年內(nèi)就已經(jīng)設(shè)計(jì)了多種基因控制模塊，包括開關(guān)、脈沖發(fā)生器、振蕩器等，可以有效調(diào)節(jié)基因表達(dá)、蛋白質(zhì)功能、細(xì)胞代謝或細(xì)胞間相互作用。2003年在美國麻省理工學(xué)院成立了標(biāo)準(zhǔn)生物部件登記處，目前已經(jīng)收集了大約3200個(gè)BioBrick標(biāo)準(zhǔn)化生物學(xué)部件，供全世界科學(xué)家索取，以便在現(xiàn)有部件的基礎(chǔ)上組裝具有更復(fù)雜功能的生物系統(tǒng)。
中國大會(huì)執(zhí)行主席楊勝利院士在報(bào)告中指出，2006年以來，合成生物學(xué)發(fā)展又進(jìn)入了新階段，研究主流從單一生物部件的設(shè)計(jì)，快速發(fā)展到對(duì)多種基本部件和模塊進(jìn)行整合。通過設(shè)計(jì)多部件之間的協(xié)調(diào)運(yùn)作建立復(fù)雜的系統(tǒng)，并對(duì)代謝網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，從而構(gòu)建人工細(xì)胞行為來實(shí)現(xiàn)藥物、功能材料與能源替代品的大規(guī)模生產(chǎn)。
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Mycoplasma genitalium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)。
與國際上合成生物學(xué)的飛速發(fā)展相比，中國在此領(lǐng)域的研究還處于起步階段。在國際上有影響的相關(guān)重大成果仍不多見。但是，我國在合成生物學(xué)所需的相關(guān)支撐技術(shù)研究方面并不落后于國際主流水平，如大規(guī)模測(cè)序、代謝工程技術(shù)、微生物學(xué)、酶學(xué)、生物信息學(xué)等方面均有良好的基礎(chǔ)。如何對(duì)現(xiàn)有研究力量進(jìn)行整合，充分發(fā)揮在相關(guān)領(lǐng)域已有的良好研究基礎(chǔ)，從醫(yī)藥、能源和環(huán)境等產(chǎn)業(yè)重大產(chǎn)品入手，抓住合成生物學(xué)的核心科學(xué)問題，創(chuàng)建可控合成、功能導(dǎo)向的新代謝網(wǎng)絡(luò)和新生物體，引領(lǐng)中國合成生物學(xué)的原創(chuàng)研究和自主創(chuàng)新，是目前亟待解決的問題。”
中國大會(huì)執(zhí)行主席趙國屏院士在以《合成生物學(xué)——從科學(xué)內(nèi)涵到工程實(shí)踐》為題的報(bào)告中提出，合成生物學(xué)是繼系統(tǒng)生物學(xué)之后，生物學(xué)研究思想在從“分析”趨于“綜合”、從“局部”走向“整體”的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，上升至復(fù)雜生命體系“合成、構(gòu)建”的更高層次；也是繼以“原位改造與優(yōu)化”為目的的基因工程技術(shù)和以“數(shù)據(jù)獲取與分析”為基礎(chǔ)的基因組技術(shù)之后，生物技術(shù)上升至以工程化“模型設(shè)計(jì)與模塊制造”為導(dǎo)向的更高臺(tái)階。
利用合成生物學(xué)實(shí)現(xiàn)‘人造生命’，是通過學(xué)科交叉，進(jìn)一步發(fā)展系統(tǒng)生物學(xué)的一次科學(xué)思維革命，將為生物學(xué)基礎(chǔ)研究提供嶄新的思想武器。利用合成生物學(xué)方法和理論，對(duì)生命過程或生物體進(jìn)行有目標(biāo)的設(shè)計(jì)、改造乃至重新合成，創(chuàng)造解決生物醫(yī)藥、環(huán)境能源、生物材料等問題的微生物、細(xì)胞和蛋白（酶）等新“生命”，可能帶來新一輪技術(shù)革命的浪潮，對(duì)于解決與國計(jì)民生相關(guān)的重大生物技術(shù)問題有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)的策略意義?！八兄谌祟悜?yīng)對(duì)社會(huì)發(fā)展中面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，從而從根本上改變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，在帶來巨大社會(huì)財(cái)富的同時(shí)，促進(jìn)社會(huì)的穩(wěn)定、和諧發(fā)展。
中國科學(xué)院微生物所研究員馬延和、清華大學(xué)教授林章凜、南開大學(xué)教授王磊、山東大學(xué)教授祁慶生和復(fù)旦大學(xué)/西藏大學(xué)教授鐘揚(yáng)等專家建議，針對(duì)我國在能源、環(huán)境、健康等方面的需求與挑戰(zhàn)，要聚焦若干重要的生物學(xué)體系，實(shí)施面向生物醫(yī)藥、生物能源和生物基產(chǎn)品等重要生物產(chǎn)品的合成生物學(xué)理論與技術(shù)的基礎(chǔ)研究，設(shè)計(jì)并合成相關(guān)的細(xì)胞工廠和分子機(jī)器。“在具體實(shí)施中，一方面要建立合成生物學(xué)工程技術(shù)平臺(tái)和研究實(shí)驗(yàn)體系，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工程科學(xué)問題的重大突破，另一方面要揭示細(xì)胞工廠和分子機(jī)器的運(yùn)行機(jī)理和構(gòu)造原理，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高元件、網(wǎng)絡(luò)的合成能力和調(diào)控能力，盡早拿出實(shí)在的成果來。”
發(fā)展現(xiàn)狀
最新突破
Synthia and its father
于是，在花費(fèi)了40,000,000美元和15年的等待后，2010年5月20日，吉布森（Gibson）和他的同事們?cè)谖奶匮芯克?，世界上第一個(gè)由純?nèi)斯ず铣蓜?chuàng)造的細(xì)菌物種誕生了。這一“驗(yàn)證理論”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為眾多正在探討和進(jìn)行類似項(xiàng)目研究的科學(xué)家們打了一劑定心針，因?yàn)榭死赘褡C明了人工創(chuàng)造物種的可能性與實(shí)踐性。
重塑生命，這正是合成生物學(xué)這一新興科學(xué)的核心思想。該學(xué)科致力于從零開始建立微生物基因組，從而分解、改變并擴(kuò)展自然界在35億年前建立的基因密碼。此外，還可以通過人工方式迫使某一細(xì)菌合成氨基酸。合成生物學(xué)是基因工程中一個(gè)剛剛出現(xiàn)的分支學(xué)科，它吸引了大批的生物學(xué)家和信息工程師致力于此項(xiàng)研究。
人類正在設(shè)計(jì)并構(gòu)建一些可以按照預(yù)定方式存在的生命體系。在有些情況下，它們是依靠人工開發(fā)的基因密碼運(yùn)行的，因此它們具備了某些自然機(jī)體不具備的能力，美國馬薩諸塞州技術(shù)研究所合成生物學(xué)小組負(fù)責(zé)人德魯·恩迪解釋說。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體系，讓它們像電路一樣運(yùn)行。“所謂合成，就是由我們建立各個(gè)活的部件，是逆自然世界的一個(gè)過程”。研究合成生物學(xué)的科學(xué)家們預(yù)言，合成生物學(xué)的成功將意味著科學(xué)的極大進(jìn)步。美國加利福尼亞大學(xué)蛋白質(zhì)研究工程師溫德爾·利姆認(rèn)為，合成生物學(xué)通過修復(fù)細(xì)胞功能、消除腫瘤、刺激細(xì)胞生長(zhǎng)和使某些決定性細(xì)胞再生，實(shí)現(xiàn)治療各種疾病的目的。
一些專家提出應(yīng)該制造一個(gè)配備有生物芯片的細(xì)胞機(jī)器人，讓它在我們的動(dòng)脈中游蕩，檢測(cè)并消除導(dǎo)致血栓的動(dòng)脈粥樣硬化。還有一些研究人員認(rèn)為，運(yùn)用合成生物學(xué)還可以制成各種各樣的細(xì)菌，用來消除水污染、清除垃圾、處理核廢料等。恩迪還提出，可制造一種生物機(jī)器用來探測(cè)化學(xué)和生物武器，發(fā)出爆炸物警告，甚至可以從太陽中獲取能量，用來制造清潔燃料。但是也有一些謹(jǐn)慎的研究人員認(rèn)為，合成生物學(xué)存在某些潛在危險(xiǎn)，它會(huì)顛覆納米技術(shù)和傳統(tǒng)基因工程學(xué)的概念。如果合成生物學(xué)提出的創(chuàng)建新生命體的設(shè)想得以實(shí)現(xiàn)，科學(xué)家們就必須有效防止這一技術(shù)的濫用，防止生物倫理沖突以及一些現(xiàn)在還無法預(yù)知的災(zāi)難。
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。
毫無疑問，在科學(xué)家的理解中，細(xì)胞是自然界進(jìn)化魔杖的完美設(shè)計(jì)，而合成生物學(xué)正是這一概念的邏輯推論。盡管科學(xué)家們?cè)诤铣缮飳W(xué)方面做的各項(xiàng)研究和實(shí)驗(yàn)還處于初級(jí)階段，但這項(xiàng)前沿科學(xué)一定能夠給人們帶來驚喜，無論這樣的驚喜是好是壞。
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這家伙太懶了，什么都沒寫！
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