合成生物学：从 ”读懂生命” 到 “创造生命” 的第三次生物革命
2025-03-27 来源:本站 点击次数:474
2023 年11 月8 日，著名科学期刊Cell、Molecular Cell 及 Cell Genomics 聚焦于同一主题，一口气刊载 10 篇研究论文，介绍国际合作项目“人工合成酵母基因组计划”（Sc2.0）。这批成果由来自美国、中国、英国等国家的科研团队共同完成，文章详细报道了 8 条全新的酵母染色体的全面合成和一条转运 RNA（tRNA）染色体的创新设计与合成。
至此，Sc2.0 已完成全部 16 条酵母染色体的人工合成，其中包括早先合成的 6 条以及尚未发表但已完成的 2 条染色体。科学家还将 7.5 条染色体成功地整合到了天然酿酒酵母的菌株中，这种半人工酵母拥有与野生的酵母菌株相似的生存和复制能力。也就是说，一半天然、一半人工合成的酵母细胞问世！科学家还为酵母细胞编写设计了一条全新的染色体—— tRNA 染色体，这为创造出世界上第一个完全人工合成的真核细胞迈出了新的一步。
这些激动人心的成果，都属于一个崭新的学科——合成生物学。如今，前述这一系列突破，意味着人类已经从对少数基因的修补，发展到了能够从头设计和构建整个基因组。
什么是合成生物学？
“合成生物学”一个听起来很有科技感的词语，事实上这个学科确实很年轻。合成生物学是在二十一世纪刚刚出现的一个分支学科，近年来，合成生物学的发展很快。伴随着人工合成微生物、人工合成酵母染色体、青蒿素的发酵生产以及人工合成淀粉、葡萄糖和脂肪酸的实现，合成生物学被喻为是“认识生命的钥匙”(造物致知)和“改变未来的颠覆性技术”(造物致用)。合成生物学也被称为继DNA双螺旋结构和基因组技术之后的“第三次生物技术革命”。
合成生物学是一门融合生物学、化学、工程学、信息科学等领域的交叉学科，旨在通过标准化设计和工程化手段，重新设计或构建具有特定功能的生物系统，甚至从头创造自然界不存在的生命形式。其核心理念是将生命系统视为可编程的“机器”，通过“设计-构建-测试-学习”的循环（DBTL），实现从基因元件到细胞工厂的精准控制。
正因为合成生物学“造物致知”的特点，它可以被应用到各个领域。目前合成生物学已在医疗、化工、能源、材料、农业、食品、健康、资源、环境等领域展现出广阔的应用前景。
在医疗健康领域，合成生物学可以应用于药物的研究、开发和生产。通过基因编辑和合成生物技术，可以制造更安全、更有效的药物，满足人们对高质量医疗服务的需求。
在能源与环境保护领域，合成生物专业可以应用于生物能源的研究与开发。通过合成生物技术，可以制造出更环保、更可持续的生物能源，为保护地球环境，实现可持续发展做出贡献。
在食品工业领域，合成生物学可以用于改良食品的品质和口感，生产出更加健康、营养的食品。例如，通过改造酵母，使其能够合成更多的维生素和风味物质，提升面包、啤酒等食品的品质。
在农业领域，合成生物专业可以应用于作物改良、植物病虫害控制和生物农药创制等。
此外，合成生物学还可以应用于日化美妆领域，例如通过合成生物技术生产天然香精、高级化妆品等。
合成生物学取得了巨大的进展，可是在前进道路上仍然面临着许多难点和堵点。
首先，生物系统的复杂性远远超出了我们的想象。生物体内的基因、蛋白质和代谢途径相互交织，形成了一个庞大而复杂的网络。我们对这个网络的理解还非常有限，很难准确预测生物系统在受到改造后的行为和变化。这就好比我们在一个黑暗的迷宫中摸索，每走一步都可能面临未知的风险。
其次，合成生物学涉及的伦理和安全问题也备受关注。合成生物学的发展让人类具备了创造新生命体的能力，这引发了人们对于“设计生命”的伦理争议。如果合成生物不小心泄漏到自然界中，会不会对生态环境造成破坏？这些合成生物会不会被滥用，成为生物武器？如何确保合成生物学的发展在伦理和安全的框架内进行，是科学家们和社会各界需要共同应对的问题。
此外，合成生物学的技术成本仍然较高，限制了其大规模的应用和推广。合成基因、构建生物电路等技术需要昂贵的仪器设备和专业的技术人员，这使得合成生物学的研究和开发主要集中在少数大型科研机构和企业手中。如何降低合成生物学的技术成本，提高其技术的可及性，也是当前需要解决的一个重要问题。
尽管面临诸多挑战，合成生物学的发展前景依然十分光明。随着技术的不断进步和研究的深入，我们对生物系统的理解将会越来越深刻，合成生物学的技术也将越来越成熟。
合成生物学作为生物技术的革命性进展，正引领着我们进入一个前所未有的生命“创造”时代。它不仅仅是一门学科，更是一种全新的思维方式和实践方法，让我们能够以前所未有的方式理解和操控生命。从耐高温可降解的生物塑料到人工合成的淀粉，再到以二氧化碳为原料的第三代生物制造技术，合成生物学的应用前景无限广阔，将为人类社会的可持续发展注入强大的动力。
达远辰光设计的一款自动化挑菌仪，专为中低通量或多批挑菌客户开发的一款自动化科研与生产工具，帮助实验操作者从重复性高、繁琐的挑取菌落工作中解脱，为创建标准化、规范化的高质量挑菌实验平台提供强有力的技术支持，高精度、高灵敏全方位助力合成生物学研究！
至此，Sc2.0 已完成全部 16 条酵母染色体的人工合成，其中包括早先合成的 6 条以及尚未发表但已完成的 2 条染色体。科学家还将 7.5 条染色体成功地整合到了天然酿酒酵母的菌株中，这种半人工酵母拥有与野生的酵母菌株相似的生存和复制能力。也就是说，一半天然、一半人工合成的酵母细胞问世！科学家还为酵母细胞编写设计了一条全新的染色体—— tRNA 染色体，这为创造出世界上第一个完全人工合成的真核细胞迈出了新的一步。
这些激动人心的成果，都属于一个崭新的学科——合成生物学。如今，前述这一系列突破，意味着人类已经从对少数基因的修补，发展到了能够从头设计和构建整个基因组。
什么是合成生物学？
“合成生物学”一个听起来很有科技感的词语，事实上这个学科确实很年轻。合成生物学是在二十一世纪刚刚出现的一个分支学科，近年来，合成生物学的发展很快。伴随着人工合成微生物、人工合成酵母染色体、青蒿素的发酵生产以及人工合成淀粉、葡萄糖和脂肪酸的实现，合成生物学被喻为是“认识生命的钥匙”(造物致知)和“改变未来的颠覆性技术”(造物致用)。合成生物学也被称为继DNA双螺旋结构和基因组技术之后的“第三次生物技术革命”。
合成生物学是一门融合生物学、化学、工程学、信息科学等领域的交叉学科，旨在通过标准化设计和工程化手段，重新设计或构建具有特定功能的生物系统，甚至从头创造自然界不存在的生命形式。其核心理念是将生命系统视为可编程的“机器”，通过“设计-构建-测试-学习”的循环（DBTL），实现从基因元件到细胞工厂的精准控制。
正因为合成生物学“造物致知”的特点，它可以被应用到各个领域。目前合成生物学已在医疗、化工、能源、材料、农业、食品、健康、资源、环境等领域展现出广阔的应用前景。
在医疗健康领域，合成生物学可以应用于药物的研究、开发和生产。通过基因编辑和合成生物技术，可以制造更安全、更有效的药物，满足人们对高质量医疗服务的需求。
在能源与环境保护领域，合成生物专业可以应用于生物能源的研究与开发。通过合成生物技术，可以制造出更环保、更可持续的生物能源，为保护地球环境，实现可持续发展做出贡献。
在食品工业领域，合成生物学可以用于改良食品的品质和口感，生产出更加健康、营养的食品。例如，通过改造酵母，使其能够合成更多的维生素和风味物质，提升面包、啤酒等食品的品质。
在农业领域，合成生物专业可以应用于作物改良、植物病虫害控制和生物农药创制等。
此外，合成生物学还可以应用于日化美妆领域，例如通过合成生物技术生产天然香精、高级化妆品等。
合成生物学取得了巨大的进展，可是在前进道路上仍然面临着许多难点和堵点。
首先，生物系统的复杂性远远超出了我们的想象。生物体内的基因、蛋白质和代谢途径相互交织，形成了一个庞大而复杂的网络。我们对这个网络的理解还非常有限，很难准确预测生物系统在受到改造后的行为和变化。这就好比我们在一个黑暗的迷宫中摸索，每走一步都可能面临未知的风险。
其次，合成生物学涉及的伦理和安全问题也备受关注。合成生物学的发展让人类具备了创造新生命体的能力，这引发了人们对于“设计生命”的伦理争议。如果合成生物不小心泄漏到自然界中，会不会对生态环境造成破坏？这些合成生物会不会被滥用，成为生物武器？如何确保合成生物学的发展在伦理和安全的框架内进行，是科学家们和社会各界需要共同应对的问题。
此外，合成生物学的技术成本仍然较高，限制了其大规模的应用和推广。合成基因、构建生物电路等技术需要昂贵的仪器设备和专业的技术人员，这使得合成生物学的研究和开发主要集中在少数大型科研机构和企业手中。如何降低合成生物学的技术成本，提高其技术的可及性，也是当前需要解决的一个重要问题。
尽管面临诸多挑战，合成生物学的发展前景依然十分光明。随着技术的不断进步和研究的深入，我们对生物系统的理解将会越来越深刻，合成生物学的技术也将越来越成熟。
合成生物学作为生物技术的革命性进展，正引领着我们进入一个前所未有的生命“创造”时代。它不仅仅是一门学科，更是一种全新的思维方式和实践方法，让我们能够以前所未有的方式理解和操控生命。从耐高温可降解的生物塑料到人工合成的淀粉，再到以二氧化碳为原料的第三代生物制造技术，合成生物学的应用前景无限广阔，将为人类社会的可持续发展注入强大的动力。
达远辰光设计的一款自动化挑菌仪，专为中低通量或多批挑菌客户开发的一款自动化科研与生产工具，帮助实验操作者从重复性高、繁琐的挑取菌落工作中解脱，为创建标准化、规范化的高质量挑菌实验平台提供强有力的技术支持，高精度、高灵敏全方位助力合成生物学研究！
相关文章
更多 >