（转载）生物也能“定量”？合成生物学说：阔以的~中国科技 ...

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什么是合成生物学？
其实这个概念出现的非常晚~它是在二十一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。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建立零部件。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。
1980年，Hobom B最早提出合成生物学，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。



合成生物学热潮的到来
最近，美国科学家Craig Venter在学术杂志《细胞》（Cell）发表最新研究成果：通过放回7个基因，修正了他们5年前合成的“最小细胞”syn3.0，从而使它们能够像天然细胞一样正常生长和分裂。这是合成生物学领域“造物致知”方向的一个新进展。
从2010年开始，Venter团队先后通过全化学合成手段组装了生命体syn1.0与syn3.0。这些工作在设计能力和建造能力方面都对合成生物学的发展作出了重要贡献，例证了“设计-合成-分析-再设计”这一工程思维范式在合成生物学的应用。
当然不止国外学者，近年来，中国学者在合成生物学领域也取得了系列重要成果。
比如完成4条酿酒酵母染色体的从头设计与化学合成；将酿酒酵母的16条天然染色体人工创建为具有完整功能的单条染色体，为利用极简生命形式理解染色体进化、研究生命本质开辟了新方向；揭示了生物系统“有序性”的形成原理，为合成生物学家从头设计复杂生命体系提供重要理论指导；首次构建自调节可重构的DNA电路，为发展新型生物计算和基因编辑技术提供了新思路; 利用合成生物学方法工程化改造人胰岛β细胞，并利用定制的生物微电子设备实现对胰岛素合成和释放的精准调控；首次成功搭建和表征了基于枯草芽孢杆菌TasA淀粉样蛋白的活体生物被膜材料等等。


（文章内容来源于网络）

不仅在科学研究上，合成生物学相关产品也已经开始陆续走进人们的生活。前段时间关注度较高的“人造肉汉堡”、“动物基人造肉”以及降糖新药西格列汀等产品，已于去年或将于今年进入市场。这些产品本身或者其中重要成分是通过工程改造的细胞生产获得的。未来十年，人工合成的活体药物有望为癌症、遗传病、传染病等未被满足的临床需求提供有效治疗手段。合成生物学（或者说工程生物学）旨在采用工程化的设计理念，改造或创造人工生命系统，是一门交叉性特别强的学科。当前合成生物学的科学研究可以用 “造物致知”、“造物致用”这两个词来概括。
“造物致知”，包括DNA复制与分裂之间的协调机制、最简基因组以及细胞生长规律等方向的研究。例如，我们课题组构建了全新的细菌细胞“空间迁移唯象模型”，可以为从头设计复杂生命体系提供理论指导。“造物致用”，包括功能性新生命体合成、代谢产物合成途径优化以及活体药物开发与应用等方向的研究。例如罗小舟研究员和Jay Keasling院士通过构建人工酵母菌，引入了医用大麻素的相关基因，通过工业化发酵，在几周之内就可以生产大量医用大麻素，为其大规模药用奠定了基础。而合成生物学之所以能够被如此重视，与其说技术优势，不如说是研究范式上的改变——传统生物学主要采用“自上而下”格物致知的研究思路，而合成生物学“自下而上”造物致知的研究思路。这将可能为相关重要科学问题的解决带来机遇。



如今，作为生命科学发展的前沿热点之一，合成生物学领域面临着激烈的国际竞争，已成为世界强国科技战略的必争之地。近两年，我国对合成生物学方向投入持续加大，科研领域蓬勃发展，但较美国仍有一定差距。总体来说，发展定量合成生物学，将有望推动合成生物学从定性、描述性、局部性的研究，向定量、理论化和系统化的变革，不仅对揭示生命本质和探索生命过程基本规律具有重要意义，还可为解决人类面临的健康、能源、环境和生物安全等重大问题提供全新解决方案，变革人类的生产和生活方式。

晚起步，快发展
中国合成生物如何“破圈”
早在9月底，北京香山，40余位在“系统生物学”、“合成生物学”、“定量生物学”等领域卓有建树的学者围绕合成生物学的基础理论研究、技术创新和工程应用以及我国在合成生物学领域的发展战略，针对“合成生物学使能技术”、“‘黑箱’理论与人工智能”、“多尺度‘白箱’定量理论”和“合成生物学的医学与工程应用”4个议题展开深入而具有建设性的研讨。
据不完全统计，目前已有广东、湖北、云南、甘肃、北京、上海、山西、江苏、天津、浙江、海南、内蒙古、宁夏、黑龙江、河北等15个省(区市)发布了科技创新“十四五”规划。其中有10个省(区市)科技创新“十四五”规划均明确提到有关合成生物学的规划和意见；虽然侧重点各有不同，但强调合成生物学技术创新，并以其引导产业提升甚至产业革命的核心理念基本是一致的。虽然我国在合成生物学领域虽然起步比国际上晚了十多年，但经过近十年来不同学科与领域的专家合作攻关以及国际合作，已奠定了相当好的研究基础。


（原文网址：我国迎来定量合成生物学发展重要契机-新闻-科学网）

在定量合成生物学香山会议上，20余家单位的40余位专家学者深入探讨合成生物学的科学问题和主要瓶颈并达成多方共识。为推动我国合成生物学高质量发展，强化合成生物技术战略科技力量，进一步构建合成生物学战略布局，我们提出了如下建议：
一是必须充分认识合成生物学对于当今世界国际竞争、国家安全与国内民生的重大战略意义，建议国家对合成生物学增强基础研究投入，并组织多学科交叉合作团队，进行系统的基础理论和核心技术研究攻关。其中，发展定量合成生物学将转变研究范式，涉及多个学科领域以及先进生物技术、数据科学与工程技术的结合，属于国际科学研究的前沿，需要更广泛、深入的学科交叉与合作。因此要吸引多学科人才，加快推动国家级科研载体平台及产业创新中心建立。发展定量合成生物学是我国占据科技前沿制高点的一次重要机遇，要认识到这对于推进我国合成生物学基础理论研究和技术创新领先国际水平的重大战略价值。



二是在合成生物使能技术方面，建议聚焦于发展更高效、更精准、更智能的基因改造技术和基因组的精准合成与重排技术，开发对亚细胞结构进行理性设计、构建与拓展的手段，探索无细胞体系与人造膜系统的生物功能设计与构建技术以及先进合成生物学分析技术，例如多组学技术、单细胞技术、单分子技术等。这些前沿技术是合成生物学发展的工具与基础，我国目前已取得了良好的成绩，应当持续发力，占领前沿技术研究制高点
三是建议大力发展前沿数据科学与人工智能相结合的、面向合成生物学的黑箱理论与方法。
人工智能辅助生物计算是国际上最重要的前沿方向之一。建议聚焦于发展面向合成生物学的人工智能技术平台，实现数据标准化，解决数据偏向性问题，并建设开放共享有效的数据库和计算平台。建议发展结合物理模型与机器学习的可解释黑箱模型，发展兼顾速度与精度的生物计算方法以及利用人工智能对生物元件高精度预测、辅助生物元件理性设计的方法。
四是建议加强发展合成生物学领域的多尺度白箱定量理论，利用合成生物学的手段推动理论研究，将定量理论作为指导合成生物学理性设计的基础。此方面的前沿科学问题包括：发展适用于复杂生物系统的设计原理，实现范式转化；研究合成基因回路在资源竞争条件下的协调策略；探索具有抗噪和鲁棒性功能的系统设计；探索进化论的定量理论等。



构建白箱模型，需要获取标准化、定量化实验数据，可以通过建立唯象模型来掌握系统的运行规律，并进一步归纳、提炼出具有普适性的理论框架，最终利用理论达到生物系统的理性设计与精准合成这一工程目标。这方面的研究国际上尚未建立体系，有巨大的发展空间，也是未来的发展方向，需要得到各级政府重视。
五是建议加强重视合成生物学的医学与工程应用，充分发挥合成生物学在民生、医疗、经济、能源、环境和安全等方面的发展前景与战略意义。
为了推动合成生物学的应用研究，应加强学科交叉与产业配套。合成生物学技术的应用，需要合成生物技术与工程技术的有机结合，其复杂性和难度表现为较大跨度的多学科交叉，涉及到医学、材料学、生物物理学、生物化学、纳米技术、电子工程等，需要加强学科交流与国内国际合作。同时，应当提升科技支撑，加强产业配套，在解决好底层基础理论构建以及技术概念验证之后，加快产业化进程，在市场与资本的双重推动下，加速我国技术壁垒的形成，实现我国合成生物技术与产品的产业化应用。总结来说，我们期待基础生命科学研究与合成生物学研究两者的螺旋上升，这将真正开启生命科学研究革命之门，同时针对工业、农业、健康、能源、环境、材料、信息、工程等国民经济领域重大需求，不断引领新一代生物技术和工程生物学发展。



番外内容：关于生物实验的安全保护
近二十年类，生物技术成果与微生物学、化学、生物化学、药学等科学的原理和方法结合形成了医药行业的重要子行业之一。这其中生物药物的阵营很庞大，发展也很快。全世界的医药品已有一半是生物合成的，特别是合成分子结构复杂的药物时，它不仅比化学合成法简便，而且有更高的经济效益。然而，由于制药行业的特殊性，对于产品的制造保存，都需要一个安全可靠的环境来进行；这就涉及到一些专业的实验仪器：生物制药专用手套箱。



对于这一类专业手套箱，是有着专业要求的
基本技术指标：
1、温度可调：室温+4~42℃
2、湿度可调：35%~100%RH
3、内腔气体氛围能满足厌氧或低氧培养要求。
产品功能
1、机械强制对流内腔体系，确保温度、湿度、除氧、生物脱毒的持续稳定
2、简单紧凑的传输舱设计，确保样品转移轻松快速
3、内腔正压，确保外界空气渗透干扰
4、高性能材质，支持紫外线消毒与强氧化剂消毒
5、无真空充氮操作，简化操作流程，免去真空泵维护成本



随着生物学，合成生物技术的不断发展~特别是在全球面临同一个威胁的大背景下，可以预见的是，在未来，生物研发一定会是一片全新的蓝海领域，那么致力于此类研究的工作者们，一定要提前做好各方面的准备~

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