合成生物學是一門匯集生物學、基因組學、工程學和信息學等的交叉學科。它結(jié)合了生命科學觀察分析的方法和工程學的設計思維，使人類得以通過工程方法，設計、改造，甚至從頭合成具有特定功能的生物系統(tǒng)。

“Synthetic Biology”一詞由法國物理化學家斯蒂芬·勒杜克于1911年在其所著的《生命的機理》一書中首次提出。但直到上世紀中期，合成生物學的理論和技術(shù)基礎才逐步建立起來。

上世紀50年代DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)后，遺傳密碼的破譯、限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)、PCR技術(shù)的發(fā)明等一系列重大分子生物學成就，催生了基因工程技術(shù)，也正式開啟了合成生物學的大門。1980年，德國科學記者芭芭拉·霍博姆開始使用“合成生物學”這一概念來表述基因重組技術(shù)。

進入21世紀，合成生物學迎來迅速發(fā)展的時代。

◆ 2000年，美國科學家先后在大腸桿菌中利用基因元件構(gòu)建“雙穩(wěn)態(tài)基因開關”“生物振蕩器”和“邏輯線路”，標志著復雜合成生物學的正式開端。

◆ 2002年,美國紐約州立大學石溪分校維默爾團隊通過化學合成病毒基因組獲得了具有感染性的脊髓灰質(zhì)炎病毒，這是人類歷史上首個人工合成的生命體。

◆ 2003年，美國加州大學伯克利分校杰伊·D·科斯林團隊在大腸桿菌中成功合成青蒿酸的前體物——青蒿二烯，開啟了人造細胞工廠生產(chǎn)植物來源天然化合物的新時代。

◆ 2008年，美國科學家克雷格·文特爾領導的研究小組人工合成了生殖支原體的基因組DNA，這是第一個人工合成的原核生物基因組。

◆ 2009年，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院馬丁·佛森格團隊合成了一種可調(diào)的哺乳動物細胞振蕩器，首次在哺乳動物細胞中實現(xiàn)了對基因表達的周期性控制。

◆ 2010年，美國科學家克雷格·文特爾團隊成功合成僅由合成染色體控制的新支原體細胞，并宣布首個“人工合成基因組細胞”誕生。

◆ 2014年，美國斯克里普斯研究所羅梅斯伯格團隊設計合成了一個非天然堿基配對X和Y,并將它們整合到大腸桿菌基因組。這意味著在控制條件下,未來的生命形式有無限種可能。同年，美、英、法等多國研究人員組成的科研小組首次合成人工真核生物染色體，并在酵母體內(nèi)正常發(fā)揮功能。

◆ 2016年，世界首個人工合成的基因組細胞生物“辛西婭3.0”誕生。這種“最簡生命”將成為未來人造生命的基石。同年，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院馬丁·佛森格團隊開發(fā)出虛擬人工胰島細胞。

◆ 2017年，上?？茖W家人工合成4條酵母染色體，這是繼合成原核生物染色體之后的又一里程碑式突破，開啟了人類“設計生命、再造生命和重塑生命”的新紀元。

◆ 2018年，上?？茖W家將釀酒酵母的16條染色體融合為1條染色體，人工創(chuàng)造出了一種新型酵母，這是世界首例人造單染色體真核細胞。

◆ 2021年，上?？茖W家開發(fā)出新型光遺傳學工具，在糖尿病小鼠身上實現(xiàn)光照降血糖。

作為21世紀生物學領域催動顛覆性創(chuàng)新和學科交叉融合的前沿代表，合成生物學受到從學界到資本的高度關注，各國相繼出臺相關政策與研究計劃，推動合成生物學發(fā)展。在中國，上海、天津、深圳成為合成生物學發(fā)展重鎮(zhèn)。

近年來，合成生物學及其應用已在深刻影響化工、食品、消費品、能源、醫(yī)療健康和農(nóng)業(yè)等領域的發(fā)展，創(chuàng)造了巨大的社會和經(jīng)濟價值。麥肯錫全球研究院發(fā)布的一份研究報告指出，合成生物學技術(shù)在未來的一二十年中，每年將為全球帶來至少2萬億美元的直接經(jīng)濟效益。

>>>創(chuàng)新案例

智能細胞療法

通過建立人工基因線路與定制化細胞，合成生物學已用于開發(fā)基于哺乳動物細胞和微生物細胞的細胞療法，用于代謝性疾病和腫瘤等重大疾病的治療。嵌合抗原受體T細胞（CAR-T）免疫療法通過對T細胞進行改造，使其專門識別體內(nèi)腫瘤細胞，并通過免疫作用釋放大量多種效應因子，從而達到清除腫瘤的療效。有高科技企業(yè)開發(fā)的工程益生菌可在腸道內(nèi)清除有害代謝物，緩解苯丙酮尿癥等罕見代謝病。

RNA藥物

RNA藥物分為寡核苷酸藥物和mRNA藥物。在新冠疫情期間，mRNA技術(shù)在快速開發(fā)疫苗方面優(yōu)勢凸顯。德國莫德納公司開發(fā)的mRNA-1273在25天內(nèi)完成了抗新冠病毒疫苗的序列設計和生產(chǎn)，并破紀錄地用63天完成從序列設計到首個受試者給藥。該疫苗于2020年底獲得FDA緊急使用授權(quán)。

基因編輯

商用基因編輯技術(shù)主要包括鋅指核酸酶、轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應核酸酶和定期聚集的短回文重復序列（CR ISPR）3種類型。2020年諾貝爾化學獎得主埃瑪紐埃勒·沙爾龐捷等人創(chuàng)辦的瑞士公司CR ISPR就將CR ISPR/Cas9基因編輯技術(shù)用于β地中海貧血、血友病、杜氏肌營養(yǎng)不良癥、囊性纖維化等疾病治療的應用研究。

微生物固氮

世界上已有農(nóng)業(yè)合成生物技術(shù)公司研發(fā)出針對玉米作物的微生物固氮產(chǎn)品PROVEN——促使特定的微生物在作物根部釋放氮。2020年，PROVEN被《自然》子刊評選為6種正在改變世界的合成生物學產(chǎn)品之一。目前，該微生物固氮產(chǎn)品使用面積已經(jīng)達到25萬英畝。

綜合：摘編自《柯南聊醫(yī)療》

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網(wǎng)址: 通往未來“造物時代”的合成生物學，有哪些用？一文看懂 http://www.u1s5d6.cn/newsview473820.html