合成生物学-生物科学的一个分支学科

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合成生物学（synthetic biology）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。 [5]
合成生物学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的建立零部件。 [5]
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（artificial biosystem），让它们像电路一样运行。 [5]
合成生物学成为继“DNA双螺旋结构”、“基因组技术”之后的第三次生物科技革命。 [5]

中文名合成生物学
外文名synthetic biology
提出者Hobom B.
提出时间1980年
目    的建立人工生物系统，让它们像电路一样运行
应用领域生物科学、生物工程
其他称呼综合生物学

目录

• 1
  简介
• 2
  理论背景
• 3
  发展历程
  

• 4
  应用前景
• 5
  发展的重要性
• 6
  发展现状
  

简介
播报编辑

合成生物学，最初由 B.Hobom于1980年提出来表述基因重组技术，随着分子系统生物学的发展，2000年E.Kool在美国化学年会上重新提出来，2003年国际上定义为基于系统生物学的遗传工程和工程方法的人工生物系统研究，从基因片段、DNA分子、基因调控网络与信号传导路径到细胞的人工设计与合成，类似于现代集成型建筑工程，将工程学原理与方法应用于遗传工程与细胞工程等生物技术领域，合成生物学、计算生物学与化学生物学一同构成系统生物技术的方法基础。
合成生物学的研究
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。
让·维斯是麻省理工学院计算机工程师，早在他读研究生时就迷上了生物学，并开始为细胞“编程”，现在已成为合成生物学的领军人物。让·维斯的导师、计算机工程师和生物学家汤姆·奈特表示，他们希望研制出一组生物组件，可以十分容易地组装成不同的“产品”。研制不同的基因线路———即特别设计的、相互影响的基因。
波士顿大学生物医学工程师科林斯已研制出一种“套环开关”，所选择的细胞功能可随意开关。
加州大学生物学和物理学教授埃罗维茨等人研究出另外一种线路：当某种特殊蛋白质含量发生变化时，细胞能在发光状态和非发光状态之间转换，起到有机振荡器的作用，打开了利用生物分子进行计算的大门。
让·维斯和加州理工学院化学工程师阿诺尔一起，采用“定向进化”的方法，精细调整研制线路，将基因网络插入细胞内，有选择性地促进细胞生长。
让·维斯目前正在研究另外一群称为“规则系统”的基因，他希望细菌能估计刺激物的距离，并根据距离的改变做出反应。该项研究可用来探测地雷位置：当它们靠近地雷时细菌发绿光；远离地雷时则发红光。
让·维斯另一项大胆的计划是为成年干细胞编程，以促进某些干细胞分裂成骨细胞、肌肉细胞或软骨细胞等，让细胞去修补受损的心脏或生产出合成膝关节。尽管该工作尚处初级阶段，但却是生物学调控领域中重要的进展。
“合成生物学”更早可追踪到波兰科学家Waclaw Szybalski采用“合成生物学”术语，以及目睹分子生物学进展、限制性内切酶发现等可能导致合成生物体的预测。“系统生物学”则可追踪到贝塔朗菲的“有机生物学”及定义“有机”为“整体或系统”概念，以及阐述采用开放系统论、数学模型与计算机方法研究生物学。
随着计算机、生物信息、基因合成与基因测序等技术的进展，使计算机辅助设计、全基因乃至基因组人工合成成为可能，使生物工程产业化的技术瓶颈可能突破，使生物产业能够进入工程化与设计化的产业发展，导致了有如“系统科学与自动通讯技术”之间的理论研究与技术转化互动，系统科学与生物技术、系统生物学与合成生物学之间的密切互动，也将导致系统生物技术的基础研究向应用开发的转化（转化科学、转化生物学）距离迅速缩短。

理论背景
播报编辑

合成生物学的研究
依据自组织系统结构理论 [1]–泛进化论（structurity, structure theory, pan-evolution theory），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（integrative biology）生物学”，合成（synthetic）生物学又叫“建构生物学（constructive biology）”（Zeng BJ.中译）。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。
合成生物学（synthetic biology），也可翻译成综合生物学，即综合集成，“synthetic”在不同地方翻译成不同中文，比如综合哲学（synthetic philosophy）、“社会–心理–生物医学模式”的综合（synthetic）医学（genbrain biosystem network –中科院曾邦哲1999年建于德国，探讨生物系统分析学“biosystem analysis”与人工生物系统“artificial biosystem”，包括实验、计算、系统、工程研究与应用），同时也被归属为人工生物系统研究的系统生物工程技术范畴，包括生物反应器与生物计算机开发。
“21世纪是系统生物科学与工程 - 也就是生物系统分析学与人工生物系统的时代，将带来未来的科技与产业革命” [2]。系统（system）、整合（integrative）、合成（synthetic）或综合生物学各有偏重点，系统（system）、结构（structure）、图式（pattern）遗传学也存在偏重点，但整个属于系统生物科学与工程领域。
系统科学方法与原理源自坎农的生理学稳态机理和图灵的计算机模型及图式发生的研究，又应用于生物科学与工程。
计算机科学中的图形识别被翻译成“模式”，但生物学中又有将“model animal”翻译成模式动物，在认知心理学和发育生物学中也有的翻译成“图式”；因此，综合翻译成“图式”（patten），而且也包括了“系统（scheme或system）”与“完形（gestalt或configuration）”等含意。
21世纪伊始，进入了系统生物学与工程迅速发展的时代，而系统遗传学与合成生物学（系统遗传工程或转基因系统生物技术）是其核心，并将带来的是系统医学与生物工业革命。
1997年曾邦哲（Zeng BJ.）设计与操作的一个典型的系统生物学非加和性抗药细胞实验：CHO细胞用化学诱变剂甲磺酸乙脂处理一次筛选到抗10uM和20uM洛伐他汀的细胞系，再用甲磺酸乙脂处理一次抗10uM洛伐他汀的突变细胞系筛选到高到可抗70uM洛伐他汀的细胞系 [3]，70uM远大于2X20uM=40uM，说明基因与基因的相互作用是非加和性的，也就是系统遗传学的经典实验。