第九專題合成生物學2內容第一節合成生物學的發展歷史及概念第二節研究方式和工具第三節合成生物學的研究方向第四節展望36億年前，一個微小的生命細胞在地球的荒野中誕生，它自我復制，它的后代們繼續復制自我，就這樣，隨著遺傳基因一代代變異，延續數十億代。今天，每個生物體——每個人、植物、動物和微生物——都能從第一個細胞找到自己的起源。迄今為止，地球的生物大家族是我們在宇宙發現的唯一存在的一種生命。生命1.0版本合成生物學簡介生物大家族中的新成員不過現在，將會有一些新成員加入到這個生物大家族。在過去這些年里，科學家一直在嘗試從零開始制造全新的生命形式——用化學物質造出合成ＤＮＡ（脫氧核糖核酸），由ＤＮＡ合成基因，再由基因形成基因組，最終在實驗室造出全新生物體的分子系統，而這種生物體在自然界從未出現過。

這些向“造物主”的壟斷地位發起挑戰的人包括工程師、計算機學家、物理學家和化學家。他們以有別于傳統生物學家的視角看待生命，并在2003年開創了一個全新的研究領域——合成生物學。由DNA重組技術到合成生物學

自然演化的有機體（即生物學家所謂的“生命1．0版本”）的基因組圖譜正在以前所未有的速度被繪制完成，而其中的遺傳密碼也將被逐漸解開。合成生物學家認為，他們可以利用這些已知信息來設計、打造新生命形式。

尚輔網/在過去，遺傳工程一直拘囿于對已有的遺傳密碼進行簡單修補改造，比如從一種細菌中提取一個基因，然后植入玉米或豬的染色體。而合成生物學所要打造的生命種類是全新的——它不是任何一個原始母細胞的后裔，也沒有哪個物種是它的祖先。其實在本質上，這是一個逆自然的過程。合成生物學

如果說1953年DNA雙螺旋分子結構的發現讓分子生物學家意識到，基因與細胞的關系就像計算機的軟件和硬件，那么合成生物學正在做的就是設計新“軟件”、開發新“硬件”。第一節合成生物學的發展史及內容（1）合成生物學的發展史1978年Skallka在對限制性內切核酸酶的評論中第一次預言了合成生物學的誕生。1980年Hobom引入了合成生物學的的名詞來描述基因重組技術。DNA合成測序技術的發展和工程學在生物體系的應用，為合成生物學奠定基礎。20世紀提出的概念用現有的有機化學和生物化學的合成能力設計非天然的分子，使這些分子在生命體系中發揮功能。通過合成的方法來理解自然的生命體系，構建創造新的人工生命體。

美國基因組學先驅克萊格·凡特，在他位于馬里蘭州和加州的實驗室，科研人員在其為期15年的研究項目中，已成功制造出全球首個“合成細胞”，一種稱為絲狀支原體的細菌。

Venter研究小組研制出的這種新型染色體即實驗室合成支原體(Mycoplasmalaboratorium)，是一種經過簡化拼接的生殖支原體(Mycoplasmagenitalium)DNA序列，他們將這種合成支原體移植到活細胞中，使之在細胞中起主控作用，變換成一種新的染色體。按照實驗計劃，最終這個染色體將控制這個細胞并變成一個新的生命形式。尚輔網/這種新單細胞生物體被命名為“合成器”，受381個基因控制，包含56萬個堿基對。這些基因是維持細菌生命所必備的，使它能夠攝食和繁殖。由于新的生物體是在現存生物體上搭建，其繁殖和新陳代謝仍然依賴原來生物體的胞內機制。從這一角度看，它并非完全意義上的新型生命形式。但這種給特定基因賦予特定任務的觀點已被眾多生物學家廣泛接受。“這是人類自然科學史上一次重大進步，顯示人類正在從閱讀基因密碼走向有能力重新編寫密碼，這將賦予科學家新的能力，從事以前從未做過的研究。”希望這項突破有助于發展新能源，應對氣候變化造成的負面影響。如創造出具有特殊功能的新微生物，可被用作替代石油和煤炭的綠色燃料，或用來幫助清除危險化學物質或輻射等；還可用來合成能吸收過多二氧化碳的細菌，為解決氣候變暖貢獻力量。合成生物學開辟了設計生命的前景一方面有可能合成模仿生命物質特點的人工化學系統；另一方面也可能重新設計微生物，合成生物學今后將能生成自然界不存在的新的微生物。應用示例Schultz實驗室研究向大腸桿菌蛋白質生物合成裝置中添入新組份，使之能通過基因生成非天然的氨基酸，結果取得了成功。但是要在真核細胞做到這一點還有難度。目前，能摻入到蛋白質的非天然氨基酸已有80多種。今后將可以直接向蛋白質導入順磁標記、金屬結合、光敏異構化等的氨基酸，促進蛋白質結構與功能的研究。應用示例Brenner提出向細胞DNA中摻入天然不存在的堿基來發展人工遺傳系統,支持人工生命形式。合成生物學也將對生命起源，其他生命形式的研究作出貢獻。控制生命目前，研究人員正在試圖控制細胞的行為，研制不同的基因線路———即特別設計的、相互影響的基因。波士頓大學生物醫學工程師科林斯已研制出一種“套環開關”，所選擇的細胞功能可隨意開關。加州大學生物學和物理學教授埃羅維茨等人研究出當某種特殊蛋白質含量發生變化時，細胞能在發光狀態和非發光狀態之間轉換，起到有機振蕩器的作用，打開了利用生物分子進行計算的大門。（2）合成生物學的定義

合成生物學學是生物科學在二十一世紀剛剛出現的一個分支學科。

目的在于設計和創造新的生物組件和體系，對現有的生物體系進行重新設計。從基本的生物組件構建復雜的人工生命體系，對整個生命過程進行重新設計、改造、構建。合成生物學(syntheticbiology)一詞最早出現于1911年7月8日著名醫學刊物《柳葉刀》發表的一篇書評中。后來雖然斷斷續續出現過多次,但在1980年第一次以“基因外科術:合成生物學的開始”為題出現在德文刊物的一篇長篇論文。隨著人類基因組計劃的完成,2000年以后,合成生物學一詞在學術刊物及互聯網上逐漸大量出現。合成生物學的定義加州大學伯克利分校(UCB)的化學工程教授Keasling說:合成生物學正在用“生物學”進行工程化,就像用“物理學”進行“電子工程”,用“化學”進行“化學工程”一樣。哥倫比亞癌癥研究中心、測序及基因組科學中心主任Holt說,合成生物學與傳統的重組DNA技術之間的界限仍然是模糊的。從根本上說,合成生物學正在利用獲得的“元件”進行下一層次的工作———對細胞進行實際的工程化。哈佛大學醫學院遺傳學教授、計算遺傳學中心主任Church說,主要的出發點是在把合成生物學與現有的領域分離開來。我們已經在一次涉及一個“零件”或少量“零件”。合成生物學是利用我們所確信的一些“零件”進行新生物系統的工程。它在利用從系統生物學(systemsbiology)得出的最好分析去加工制作及檢驗復雜的生物機器.明尼蘇達大學物理系教授Noireaux

說,合成生物學的定義是令人困惑的,在很多方面就像生命的定義一樣困惑。作為一個物理學家,會喜歡建造機器、機器人。這正是我們試圖利用生物分子要做的事情。這看起來像工程,但也面臨許多基礎問題。

“合成生物學組織”網站上公布