第三次生物技术革命,让合成生物学开启基因新时代

2019-8-7 15:10| 发布者: 得宝宝优生顾问| 查看: 48| 评论: 0|来自: 基因谷

摘要: 随着医学与现代信息技术、生物材料技术等的深度交叉融合,极大地促进了医学科技发展,以人工智能、生物大数据、基因组学技术、合成生物技术、基因编辑、肿瘤免疫治疗等为核心的技术突破,推动了以生命科学为支撑的医 ...

随着医学与现代信息技术、生物材料技术等的深度交叉融合,极大地促进了医学科技发展,以人工智能、生物大数据、基因组学技术、合成生物技术、基因编辑、肿瘤免疫治疗等为核心的技术突破,推动了以生命科学为支撑的医学科技发生深刻变革。其中,以基因组设计合成为标志的合成生物学是继“DNA 双螺旋发现”和“人类基因组测序计划”之后,被众多学者认为有望掀起第三次生物技术革命。


那么什么是合成生物学呢?下面小编带您了解一下~~


什么是合成生物学

作为21世纪生物学领域新兴的一门学科,合成生物学是分子和细胞生物学、进化系统学、生物化学、信息学、数学、计算机和工程学等多学科交叉的产物。

合成生物学是指人们将“基因”连接成网络,让细胞来完成设计人员设想的各种任务。例如把网络同简单的细胞相结合,可提高生物传感性,帮助检查人员确定地雷或生物武器的位置。再如向网络加入人体细胞,可以制成用于器官移植的完整器官。

合成生物学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。


合成生物学发展史

2000年,美国波士顿大学生物医学工程教授James Collins创建了典型的基因回路(gene circuit)——基因双稳态回路;

2002年,美国Wimmer 实验室,使用已知基因组序列,利用化学合成的方法,制造了历史上第一个人工合成的病毒——脊髓灰质炎病毒,实现了人工合成感染性病毒;


2003年, 美国J. Craig Venter 实验室合成了5.8×105 碱基对的生殖道支原体全基因组,首次实现了人工合成微生物基因组;

2006年,诱导性多功能干细胞技术(Induced Pluripotent Stemcells, iPS)产生;

2010年5月,J. Craig Venter 实验室报道了首例“人造细胞”的诞生,并将其命名为“辛西娅”(意为“人造儿”)。他们利用化学方法合成基因组,将其植入一个去除原有遗传物质的单细胞细菌(山羊支原体)中,使这个受体细胞可在实验室进行繁殖,使之成为“地球上第一个由人类制造的可进行自我复制的新物种”,向人造生命形式迈出关键一步;


2014年,首个人工合成酵母基因组染色体在酵母细胞内正常发挥功能;同年,CRISPR/Cas9基因剪辑技术获得美国专利授权;

2014 年,美国麻省理工学院Domitilla Del Vecchio 和Ron Weiss 为降低不同原件的组合所带来的不确定性,引入了一种方法,可以实现对生物回路进行可靠预测。利用这一合成生物基因回路,可以检测环境里特定分子并做出相应的应答,该方法可以用于诊断癌细胞的存在,然后靶向释放杀死这些癌细胞的药物;

2016年,世界上首个人工合成基因组细胞生物诞生。


合成生物学取得了哪些成就呢?

发展迄今,合成生物学已在生物能源、生物材料、医疗技术以及探索生命规律等诸多领域取得了令人瞩目的成就。

 2014年,美国国防部将其列为21世纪优先发展的六大颠覆性技术之一;

② 2014年,英国商业创新技能部将合成生物技术列为未来的八大技术之一;

 2014年,我国在完成的第三次技术预测中,将合成生物技术列为十大重大突破类技术之一;

 在“十三五”科技创新战略规划中,我国已将合成生物技术列为战略性前瞻性重点发展方向。

合成生物学能做什么呢?

生物医药开发

合成生物学有助于发现、分离获得新的天然药物,设计新的生物合成途径,产生更多天然药物及类似物;将合成生物学原理广泛的应用于肿瘤治疗的免疫细胞的设计,产生多样化的治疗策略,最大可能的做到高效、低毒、可控、通用等目标;开发快速、灵敏的诊断试剂和体外诊断系统,满足早期筛查、临床诊断、疗效评价、治疗预后、出生缺陷诊断的需求;促进疫苗升级换代,重点推动新型疫苗(包括治疗性疫苗)的研发和产业化。


生物新能源开发

开发人工合成细菌,可将糖类直接转化成与常规燃油兼容的生物燃油,甚至可以直接从太阳获取能量,制造清洁燃料。


微生物机器人

基于合成生物学理论和技术设计,合成的高活性和高稳定性新材料,具有重量轻、强度高、结构精细、性能特异、生产能耗少、成本低、速度快、环境危害小等特点,在工业生产领域中有广泛应用。


新材料

基于合成生物学理论和技术设计,合成的高活性和高稳定性新材料,具有重量轻、强度高、结构精细、性能特异、生产能耗少、成本低、速度快、环境危害小等特点,在工业生产领域中有广泛应用。


珍稀资源量产化

自然界中存在很多具有特殊生物活性的物质资源,但同时伴随着自然资源的稀少、成分含量稀缺的情况。利用合成生物学能够借助于微生物完美再现自然状态下获取的天然活性物质,在保障其天然功效的同时满足社会商业化应用的需求,真正实现长足的可持续发展。

生物量子计算机

运用合成生物学对人造生物体设计、构建的生物计算机和基于生物合成材料的新型量子计算机,其运算速度和存储能力有望比现有计算机高出数亿倍,在此基础上研发智能计算机,可具备人脑的分析、判断、联想、记忆等功能,给经济社会发展和人类生活带来难以估量的颠覆性影响。


小结

当大家感慨于因发现青蒿素而获得诺贝尔奖的科学家屠呦呦时,却忽略了另一个幕后英雄——合成生物学,正是它实现了青蒿素的大规模制备。这就是生物“梦工厂”,让人类能够像组装机械那样组配生物,模仿造物者的超能力。

目前,作为一个新兴的交叉学科,传统的生物学研究方法已经满足不了合成生物学的发展要求。因此希望越来越多的有志之士投入到合成生物领域的研究开发当中,告别“单打独斗”的科研模式,打破科学家之间的“藩篱”和“围墙”,将计算机科学、工程学、理论物理学、数学等学科与生物学的深度交叉融合,碰触出颠覆性的成果,真正建立起中国科技强国的重要支撑。


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