現(xiàn)代技術(shù)合成生物學(xué)

合成生物學(xué)

（syntheticbiology）組員：鄧美健、曹文莞、郭涌斐、閻妍（以講述內(nèi)容順序排列）合成生物學(xué)一、概述特點(diǎn)二、創(chuàng)新優(yōu)勢三、潛在缺陷四、應(yīng)用前景一、概述特點(diǎn)（一）、概念與特征（二）、研究內(nèi)容（三）、基本技術(shù)(一)、概念與特征合成生物學(xué)是一門涉及分子生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、基因工程、以及計算科學(xué)等多個領(lǐng)域的新興綜合性交叉學(xué)科。旨在設(shè)計和構(gòu)建工程化的生物系統(tǒng)，包括基因線路、信號級聯(lián)及代謝網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建等，使其能夠處理信息、操作化合物合成、制造材料、以可預(yù)測和可靠的方式得到新的細(xì)胞行為。合成生物學(xué)的定義2003年國際上將合成生物學(xué)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。合成生物學(xué)的3個重要特征：①基于現(xiàn)有知識和技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新研究；②采用工程化手段；③以應(yīng)用為目標(biāo)。（二）、研究內(nèi)容etousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience1、研究目標(biāo)主要研究目標(biāo)：設(shè)計和構(gòu)建新型生物學(xué)部件或系統(tǒng)以及對自然界的已有生物系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計，并加以應(yīng)用。2010年12月，美國《新的方向》文中將合成生物學(xué)的研究目標(biāo)定位為：“將標(biāo)準(zhǔn)化的工程技術(shù)應(yīng)用于生物學(xué)，以此創(chuàng)造出新型或具有特定功能的生命體或生物系統(tǒng)，以滿足無盡的需求。”2、研究內(nèi)容

（1）新的生物零件、組件和系統(tǒng)的設(shè)計與建造。

利用已知功能的天然生物模體或模塊構(gòu)建成的新型調(diào)控網(wǎng)絡(luò)并表現(xiàn)出新功能。（2）重新設(shè)計。

采用從頭合成的方法人工合成基因組DNA并重構(gòu)生命體。（3）以應(yīng)用為目標(biāo)。

在前兩個研究領(lǐng)域得到充分發(fā)展之后，創(chuàng)建完整的全新生物系統(tǒng)乃至人工生命體。兩種研究模式：1.從整體到部分是通過刪減生物系統(tǒng)中的部分元件，來確定構(gòu)成該系統(tǒng)的基本骨架。2.細(xì)節(jié)到全局是采用基本生物學(xué)元件，通過逐級組合，構(gòu)建相對復(fù)雜、具有特定功能的生物系統(tǒng)。（三）、基本技術(shù)DNA、蛋白質(zhì)等組成生物系統(tǒng)的基本元件——“硬件”基因組攜帶的遺傳信息以及表達(dá)調(diào)控信息——“軟件”與計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行類比，生物系統(tǒng)也可以視作由“硬件”和“軟件”兩部分組成：

技術(shù)手段1、基因組測序基因測序的目的在于認(rèn)識基因組中每個核酸的生物學(xué)含義，在通過比較和分析將自然也存在的生命體基因組核苷酸排列序列測定出來，也就是解讀出生命的密碼系統(tǒng)。2、計算機(jī)模擬建模把已有的生命科學(xué)研究成果和生物信息學(xué)原理有機(jī)的整合在一起，使細(xì)胞活動在電腦上出現(xiàn)出來，系統(tǒng)的了解整個生命活動的遺傳密碼構(gòu)成和調(diào)控程序。關(guān)鍵：建立和改善模塊靈巧性及其裝配的協(xié)調(diào)性。3、合成基因組根據(jù)電腦編制的新生命體系所需的遺傳密碼及基因表達(dá)時控程序，利用純化學(xué)及分子生物學(xué)方法和技術(shù)從無到有人工合成模塊及裝配成新的基因組。關(guān)鍵：DNA化學(xué)合成的速度，效率及成本。4、工程化的細(xì)胞培養(yǎng)將人造基因組轉(zhuǎn)化到細(xì)胞內(nèi)，由人造基因組來控制細(xì)胞的生命活動及繁殖遺傳，從而獲得新的生命。基本操作技術(shù)：細(xì)胞培養(yǎng)。三、潛在缺陷（一）、倫理問題（二）、環(huán)境安全問題（三）、社會安全問題（四）經(jīng)濟(jì)問題（一）、倫理問題爭議一人工合成生命是否違背了尊重生命的倫理原則；爭議二人工制造自然界沒有的生命，是否違背了順應(yīng)自然發(fā)展規(guī)律的倫理。一

沒有公眾的理解與支持

不利于合成生物學(xué)的發(fā)展二

缺少對合成生物學(xué)的認(rèn)識與了解

將會貶低人們心中的生命的價值

最終可能導(dǎo)致對生命的不尊重

漠視生命導(dǎo)致的問題

公共衛(wèi)生

有意或無意的釋放合成微生物到環(huán)境中,有可能對公眾健康造成不良作用;

利用合成生物技術(shù)研發(fā)的新型微生物用于治療疾病的也可能引起無法預(yù)知的副作用。生態(tài)環(huán)境

導(dǎo)致物種多樣性問題、生態(tài)失衡;

由于物競天擇,人工的選擇有可能導(dǎo)致昆蟲的耐藥性增加,外來物種入侵。二

環(huán)境安全問題指使用合成的、致命的、劇毒的病原體進(jìn)行恐怖主義襲擊、生物戰(zhàn)等合成生物的惡意使用所引起的問題

三社會安全問題

對恐怖主義的擔(dān)心也引起了人們對是否應(yīng)禁止發(fā)表相應(yīng)的研究成果的爭論，例如抗鼠疫疫苗的基因工程和小兒麻痹病毒的人工合成的研究成果應(yīng)不應(yīng)該發(fā)表等。1合成生物學(xué)成果能否申請專利2專利中的利益分配問題3現(xiàn)行的專利法規(guī)并不適合于合成生物學(xué)四經(jīng)濟(jì)問題——知識產(chǎn)權(quán)或?qū)＠?/p>

四經(jīng)濟(jì)問題——產(chǎn)品商業(yè)化

產(chǎn)品商業(yè)化

如果可以商業(yè)化

基因元件

人的基因人的組成人

生命的神圣,人的價值和尊嚴(yán)將受到商業(yè)化的巨大挑戰(zhàn)

如果不實現(xiàn)產(chǎn)品商業(yè)化

無法為人類帶來切實的利益,

其研究將止步于推進(jìn)人類基礎(chǔ)知識，研究的意義甚微四經(jīng)濟(jì)問題——產(chǎn)品商業(yè)化

產(chǎn)品商業(yè)化

經(jīng)濟(jì)利益

社會效益

生態(tài)效益

安全性

等等

合成生物技術(shù)產(chǎn)品短時間內(nèi)仍不宜實行大規(guī)模的商業(yè)化四、應(yīng)用前景——應(yīng)用1.探索生命的奧秘2.制備清潔能源3.藥物研發(fā)與疫苗研制1、探索生命的奧秘——在合成生物學(xué)的幫助下解開圍繞生命奧秘的疑團(tuán)

2008年，通過長期從事細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的研究，創(chuàng)造出能自行組裝的人工模擬細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)2009年的諾貝爾獎獲得者Szostak率領(lǐng)研究小組構(gòu)建了原細(xì)胞（protocell）模型，并探索了這些地球最初的細(xì)胞如何與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換Lartigue等在兩種支原體間實現(xiàn)了基因組移植和取代，在此基礎(chǔ)上，Gibson等利用從頭合成的基因組獲得了人造支原體細(xì)胞。2、制備清潔能源——從可再生資源中制備清潔能源，從而減少對于化石燃料的依賴，減少有害物排放，緩解由石油資源觸發(fā)的一系列政治和經(jīng)濟(jì)問題。生物醇類替代能源：美國Amyris公司正在應(yīng)用合成生物學(xué)技術(shù)平臺，利用酵母制備纖維素乙醇。藻類替代能源：利用能夠進(jìn)行光合作用的藻類，并且藻類產(chǎn)生的生物石油的物理和化學(xué)性質(zhì)與當(dāng)前廣泛應(yīng)用的石油來源的燃料十分接近。生物制氫是合成生物學(xué)工業(yè)化應(yīng)用的又一重要研究項目，目前最有前景的研究方案是采用合成的酶解通路，通過降解淀粉和水實現(xiàn)高效制氫（1）藥物研發(fā)：生物合成次級代謝產(chǎn)物是極具應(yīng)用價值的研究之一，可以為藥物研發(fā)提供豐富資源。Keasling重新設(shè)計了生產(chǎn)青蒿素的代謝途徑并提高了產(chǎn)能，令抗瘧藥的研究成果廣為人知。（2）疫苗研制：合成生物學(xué)技術(shù)為研制新型、多價疫苗，構(gòu)建用于疫苗篩選或培養(yǎng)的細(xì)胞株等重要環(huán)節(jié)提供了新方法。3、藥物研發(fā)與疫苗研制目前合成生物學(xué)還處在“幼年期”，但運(yùn)用“細(xì)胞工廠”的理念，將其應(yīng)用到其他領(lǐng)域，將會產(chǎn)生重要的研究成果，并且有良好的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。合成生物學(xué)有巨大的理論研究價值和實際應(yīng)用價值，其試驗成果將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，相信在未來的幾年里，合成生物學(xué)將會成為我國生命科學(xué)研究的新增長點(diǎn)。合成生物學(xué)研究在包括經(jīng)濟(jì)、健康、能源、環(huán)境、材料等諸多領(lǐng)域都極具應(yīng)用價值其巨大潛力將對我們的生活質(zhì)量以及我們所生活的這個世界產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。發(fā)展前景參考文獻(xiàn)GAOChao,TheSafetyProblemsandManagementmendationsofSyntheticBiology[J],ScientificandTechnological,2013,4:185LIUXiao,TANGHongling,Syntheticbiologyanditssafetysupervision,CHEMISTRYOFLIFE2012，32(6):580-5