合成生物学的进展与前景
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前景及挑战
挑战
然而，合成生物学发展的道路上也面临着许多问题需要解决。一 方面，生物体的复杂性与不确定性导致了一系列问题的产生：目 前许多生物部件的功能还不完全明确．已经测试过的部件也可能 会因细胞类型或实验条件的不同而改变：即使每个部件的功能都 是已知的。当这些部件组合在一起时，它们也不一定像预想的那 样发挥功能。一旦互不相容的部件被组合在一起放进细胞中，很 可能对其宿主产生非预期的影响：环境因素对细胞内部分子活动 的影响和高昂的科研成本也是合成生物学面临的一大障碍。所以目 前正确合成大量的(如高等真核生物)基因组DNA仍然是不现实的。
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研究现状及应用
当前，合成生物学的产业化应用已经初现端倪。2010年7月，美国的 《研究与市场》预计，到2015年合成生物学产业市场将超过45亿美 元。2010年7月，埃克森美孚公司与文特尔的合成基因组公司签订了 进一步合作的协议，将投入6亿美元进行微藻牛物燃料的研发。2010 年12月，《工业乍物技术》杂志刊登了排名前lO位的风险投资支持的 生物技术公司，其中大量的创投资金投资于生物燃料方面的合成生物 学公司。美国生物技术产业组织发表报告介绍合成生物学目前在化学 品和医药中的应用。涉及的产品包括：生物柴油、生物异戊二烯、生 物内烯酸、生物表面活性剂、生物己二酸、生物可降解塑料、西他列 汀(II型糖尿病用药)等，其中多项技术获得2010年美国总统绿色化学 挑战奖。合成生物学的基础研究催生了许多研发性的合成生物学公司 ，为合成生物学产业的发展提供了很好的技术平台，加快了产业化的 进程。目前，所研发的产品人都完成中试，有的已与大公司合作进行 工业化。据报道，美国两家企业已开始使用人工细菌生产生物燃料， 全球制药巨头赛诺菲一安万特公司已经获准使用合成生物学改造的啤 酒酵母生产青蒿素。
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简介
研究内容 三个层次 一是利用已知功能的天然生物模体或模块构建成的新型调控网络 并表现出新功能； 二是采用从头合成的方法人工合成基因组DNA并重构生命体； 第三个层次则是在前两个研究领域得到充分发展之后，创建完整 的全新生物系统乃至人工生命体。
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简介
合成生物学的三个基本要素：
第一是采用从自然界分割出来的标准的生物学元件，可被修饰 、重组乃至创造的元件。 第二是依据基因组和系统生物学的知识进行理性的重组、设计 。 第三是采用现代生牛物技术和相关物理、化学技术，人工建造 优化的生物系统，乃至获得新的生命(生物体)。
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简介
发展历程
1979年，H．G．Khorana合成了酪氨酸组遏tRNA基因； 2002年，美国纽约州立大学Wimmer小组合成了脊髓灰质炎病 毒，这是历史上第一个人工合成的病毒。经实验证明，这些病 毒组不仅可以合成出与天然病毒蛋白完全相同的蛋白质，而且 还同样具有侵染宿主细胞的活力； 2003年，J．C．Venter实验小组合成了噬菌体基因组； 2005年，美国研究人员人工合成了“西班牙流行病毒”，这种病 毒在1918年造成全世界上千万人死亡； 2008年，Venter实验室又合成了Mycoplasma genitalium生 殖道支原体基因组； 2010年5月20日，美国科学家宣布世界首例人造生命一完全由 人造基因控制的单细胞细菌诞生了。
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前景及挑战
前景 不可否认，合成生物学的发展前景十分广阔。其在生物制药、 能源环保、工程材料等诸多领域都极具应用价值．人类未来的 生活将因合成生物学而更加丰富多彩。可以想象在不远的将来 ，无需人们的徒手加工。经过编程的竹子就能自己长成椅子： 现阶段无法合成的复杂药物将以低成本投入生产；经过修饰的 基因所编码的蛋白质可以在机体健康状况发生变化时发送警示 信息；甚至还可以协助人类寻找宇宙中的其他生命。
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研究现状及应用
绿色制造 传统塑胶及纺织制造业牵涉的制作过程，往往需用上高温和有 害溶剂，更会产生污染物。就上述步骤进行细胞工程将可以引 伸出一系列程序，其中一些更可以在室温的环境下进行，最后 不会产生有害的副产品。
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研究现状及应用
农业 合成生物学获应用于植物工程学，将有助科学家设计一系列能带来 更丰硕收成、具抗病能力，及能抵抗极端或恶劣环境的农作植物品 种。
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研究现状及应用
制药业 可重新改造细菌及酵母，达致低成本制药的目的，包括那些用 传统化学无法制造出来的或今天价格奇贵的药品。例如采用 经基因重组的细菌生产抗疟疾及降胆固醇药物。上述过程将 有效大幅降低生产成本，从而将药物推广于发展中国家的庞 大市场。
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研究现状及应用
医疗 重整人类细胞，与人体组织及器官作更佳结合：而细菌及人类 免疫细胞则可获转用于发展多项针对不健全细胞及组织的疗 法，有助对抗癌病及一些遗传病。
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研究现状及应用
生物能源 进行细胞工程，将糖、淀粉质、纤维素(农业废物)及二氧化碳中的 碳，转化为具效益的产物，包括交通工具所需燃料。利用可再生原 料进行碳中和化合作用，有助减少温室气体的排放。随着技术发展 及与燃料电池的集成，该技术也有望解决与氢气的储存、销售相关 难题，因而在汽车领域应用潜力巨大。
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合成生物学的发展与展望
Contents
1 简介 2 研究现状及应用
3 发展前景及挑战
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简介
定义：
合成生物学是一门涉及生物化学、物理化学、分子生物学、系统 生物学、基因工程、工程学以及计算科学等多个领域的新兴综合 性交叉学科（McDaniel R．，2005），旨在设计和构建工程化 的生物系统，包括基因线路、信号级联及代谢网络的构建等，使 其能够处理信息、操作化合物合成、制造材料、生产能源、提供 食物、改善人类的健康和生存环境，以可预测和可靠的方式得到 新的细胞行为。
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简介
合成生物学的发展主要涉及4个重要技术：
1. 测序。有了测序技术的发展，了解了原有系统才能更好地设计新 的系统。 2. 计算机模拟建模。了解了整个牛命系统的构成，对生命系统有一 个系统认识后，通过计算机模拟建模分析，编制科学家想要实现的 新的生命体系。 3. 从无到有获得新的基因。 4. 通过移植技术获得新的生命细胞。合成生物学既是多学科的交叉 综合，又是充满挑战和机遇的创新研究。
前景及挑战
挑战
然而，合成生物学发展的道路上也面临着许多问题需要解决。一 方面，生物体的复杂性与不确定性导致了一系列问题的产生：目 前许多生物部件的功能还不完全明确．已经测试过的部件也可能 会因细胞类型或实验条件的不同而改变：即使每个部件的功能都 是已知的。当这些部件组合在一起时，它们也不一定像预想的那 样发挥功能。一旦互不相容的部件被组合在一起放进细胞中，很 可能对其宿主产生非预期的影响：环境因素对细胞内部分子活动 的影响和高昂的科研成本也是合成生物学面临的一大障碍。所以目 前正确合成大量的(如高等真核生物)基因组DNA仍然是不现实的。
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研究现状及应用
当前，合成生物学的产业化应用已经初现端倪。2010年7月，美国的 《研究与市场》预计，到2015年合成生物学产业市场将超过45亿美 元。2010年7月，埃克森美孚公司与文特尔的合成基因组公司签订了 进一步合作的协议，将投入6亿美元进行微藻牛物燃料的研发。2010 年12月，《工业乍物技术》杂志刊登了排名前lO位的风险投资支持的 生物技术公司，其中大量的创投资金投资于生物燃料方面的合成生物 学公司。美国生物技术产业组织发表报告介绍合成生物学目前在化学 品和医药中的应用。涉及的产品包括：生物柴油、生物异戊二烯、生 物内烯酸、生物表面活性剂、生物己二酸、生物可降解塑料、西他列 汀(II型糖尿病用药)等，其中多项技术获得2010年美国总统绿色化学 挑战奖。合成生物学的基础研究催生了许多研发性的合成生物学公司 ，为合成生物学产业的发展提供了很好的技术平台，加快了产业化的 进程。目前，所研发的产品人都完成中试，有的已与大公司合作进行 工业化。据报道，美国两家企业已开始使用人工细菌生产生物燃料， 全球制药巨头赛诺菲一安万特公司已经获准使用合成生物学改造的啤 酒酵母生产青蒿素。
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研究内容 三个层次 一是利用已知功能的天然生物模体或模块构建成的新型调控网络 并表现出新功能； 二是采用从头合成的方法人工合成基因组DNA并重构生命体； 第三个层次则是在前两个研究领域得到充分发展之后，创建完整 的全新生物系统乃至人工生命体。
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合成生物学的三个基本要素：
第一是采用从自然界分割出来的标准的生物学元件，可被修饰 、重组乃至创造的元件。 第二是依据基因组和系统生物学的知识进行理性的重组、设计 。 第三是采用现代生牛物技术和相关物理、化学技术，人工建造 优化的生物系统，乃至获得新的生命(生物体)。
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发展历程
1979年，H．G．Khorana合成了酪氨酸组遏tRNA基因； 2002年，美国纽约州立大学Wimmer小组合成了脊髓灰质炎病 毒，这是历史上第一个人工合成的病毒。经实验证明，这些病 毒组不仅可以合成出与天然病毒蛋白完全相同的蛋白质，而且 还同样具有侵染宿主细胞的活力； 2003年，J．C．Venter实验小组合成了噬菌体基因组； 2005年，美国研究人员人工合成了“西班牙流行病毒”，这种病 毒在1918年造成全世界上千万人死亡； 2008年，Venter实验室又合成了Mycoplasma genitalium生 殖道支原体基因组； 2010年5月20日，美国科学家宣布世界首例人造生命一完全由 人造基因控制的单细胞细菌诞生了。
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前景 不可否认，合成生物学的发展前景十分广阔。其在生物制药、 能源环保、工程材料等诸多领域都极具应用价值．人类未来的 生活将因合成生物学而更加丰富多彩。可以想象在不远的将来 ，无需人们的徒手加工。经过编程的竹子就能自己长成椅子： 现阶段无法合成的复杂药物将以低成本投入生产；经过修饰的 基因所编码的蛋白质可以在机体健康状况发生变化时发送警示 信息；甚至还可以协助人类寻找宇宙中的其他生命。
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研究现状及应用
绿色制造 传统塑胶及纺织制造业牵涉的制作过程，往往需用上高温和有 害溶剂，更会产生污染物。就上述步骤进行细胞工程将可以引 伸出一系列程序，其中一些更可以在室温的环境下进行，最后 不会产生有害的副产品。
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农业 合成生物学获应用于植物工程学，将有助科学家设计一系列能带来 更丰硕收成、具抗病能力，及能抵抗极端或恶劣环境的农作植物品 种。
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制药业 可重新改造细菌及酵母，达致低成本制药的目的，包括那些用 传统化学无法制造出来的或今天价格奇贵的药品。例如采用 经基因重组的细菌生产抗疟疾及降胆固醇药物。上述过程将 有效大幅降低生产成本，从而将药物推广于发展中国家的庞 大市场。
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医疗 重整人类细胞，与人体组织及器官作更佳结合：而细菌及人类 免疫细胞则可获转用于发展多项针对不健全细胞及组织的疗 法，有助对抗癌病及一些遗传病。
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研究现状及应用
生物能源 进行细胞工程，将糖、淀粉质、纤维素(农业废物)及二氧化碳中的 碳，转化为具效益的产物，包括交通工具所需燃料。利用可再生原 料进行碳中和化合作用，有助减少温室气体的排放。随着技术发展 及与燃料电池的集成，该技术也有望解决与氢气的储存、销售相关 难题，因而在汽车领域应用潜力巨大。
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合成生物学的发展与展望
Contents
1 简介 2 研究现状及应用
3 发展前景及挑战
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简介
定义：
合成生物学是一门涉及生物化学、物理化学、分子生物学、系统 生物学、基因工程、工程学以及计算科学等多个领域的新兴综合 性交叉学科（McDaniel R．，2005），旨在设计和构建工程化 的生物系统，包括基因线路、信号级联及代谢网络的构建等，使 其能够处理信息、操作化合物合成、制造材料、生产能源、提供 食物、改善人类的健康和生存环境，以可预测和可靠的方式得到 新的细胞行为。
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简介
合成生物学的发展主要涉及4个重要技术：
1. 测序。有了测序技术的发展，了解了原有系统才能更好地设计新 的系统。 2. 计算机模拟建模。了解了整个牛命系统的构成，对生命系统有一 个系统认识后，通过计算机模拟建模分析，编制科学家想要实现的 新的生命体系。 3. 从无到有获得新的基因。 4. 通过移植技术获得新的生命细胞。合成生物学既是多学科的交叉 综合，又是充满挑战和机遇的创新研究。