合成生物学研究进展

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林章凛，张艳，王胥，刘鹏
（清华大学化学工程系，北京１０００８４）
摘要：合成生物学是以工程化设计思路，构建标准化的元器件和模块，改造已存在的天然系统或者从头合成全新的人工生命体系，实现在化学品合成（包括材料、能源和天然化合物）、医学、农业、环境等领域的应用。人们利
ａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｉｆｅｌｄｓｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｓｎｔｙｈｅｓｉｓ（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｍａｔｅｉｒａｌｓ，ｂｉｏｆｕｅｌｓａｎｄｎａｔｕｒａｌｃｏｍｐｏｕｎｄｓ），ｍｅｄｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙ，
ｔｏｍｏｄｉｆｙｔｈｅｎａｔｕｒａｌｌｉｆｅｓｙｓｔｅｍｓｏｒｔｈｅｄｅｎｏｖｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｎｅｗｌｉｆｅｓｙｓｔｅｍｓ．Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃｂｉｏｌｏｙｇｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙ
产生渐进性的、渗透性的但颠覆性的意义。关键词：合成生物学：生化工程；代谢；元器件；模块；基因线路；化学品合成；基因组
ＤＯＩ：１０．１１９４９￣．ｉｓｓｎ．０４３８－１１５７．２０１５０６４８中图分类号：Ｑ ຫໍສະໝຸດ Baidu ８１文献标志码：Ａ文章编号：０４３８ —１１５７（２０１５）０８ —２８６３ —０９
ｒｅｐｒｏｇｒａｍｌｉｆｅｓｙｓｔｅｍｓｔｏｐｅｒｆｏｒｍｓｐｅｃｉｉｆｃｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ｍｏｄｕｌａｒｉｚｅｄｍｅｔａｂｏｌｉｃｐａｔｈｗａｙｓａｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｉｎｔｈｅｃｅｌｌｕｌａｒｃｈａｓｓｉｓｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｂｕｌｋａｎｄｉｆｎｅｃｈｅｍｉｃａｌｓ，ｓｕｃｈａｓｂｕｔａｎｏｌ，ｉｓｏｂｕｔａｎｏｌ，
用基本的生物学元件设计和构建了基因开关、振荡器、放大器、逻辑门、计数器等合成器件，实现对生命系统的
重新编程并执行特殊功能。模块化处理生物的代谢途径，并在底盘细胞上进行组装和优化，可以实现大宗化学品和精细化学品的合成。目前人们已经在丁醇、异丁醇、青蒿素和紫杉醇等化合物的生物合成上取得了重要进展。近年来还发展了多种基因组编辑和组装技术，可精确地对基因组进行编辑，人们还成功地合成了噬菌体基因组、支原体基因组和酵母基因组。在未来的５０～１００年内，合成生物学将对人类的医疗、化学品制造（含药品）、军事
ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅｎｄａｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｐａｒｔｓａｒｅｕｓｅｄｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓｎｔｙｈｅｔｉｃｍｏｄｕｌｅｓｓｕｃｈａｓｔｏｇｇｌｅ
Ｒｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｓｉｎｓｙｎｔｈｅｔｉｃｂｉｏｌｏｇｙ
ＬＩＮＺｈａｎｇｌｉｎ，ＺＨＡＮＧＹａｎ，ＷＡＮＧＸｕ，ＬＩＵＰｅｎｇ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｊｉｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃｂｉｏｌｏｇｙｉｓｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄｐａｒｔｓ，ｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｍｏｄｕｌｅｓ
ｓｗｉｔｃｈ，ｓｙｎｔｈｅｔｉｃｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ，ｇｅｎｅｔｉｃａｍｐｌｉｉｅｆｒ，ｂｉｏｌｏｇｉｃｇａｔｅｓａｎｄｃｅｌｌｕｌａｒｃｏｕｎｔｅｒ．Ｔｈｅｓｅｓｎｔｙｈｅｔｉｃｍｏｄｕｌｅｓ
第６６卷第８期２０１５年８月
化
工学
报
、，０１．６６ＮＯ．８
Ａｕｇｕｓｔ２０１５
ＣＩＥＳＣＪｏｕｒｎａｌ
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合成生物学研究进展