合成生物学:像组装机器一样组装有机体

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当中国人将目光投向因发现青蒿素而获得诺贝尔科学奖的屠友友时，一群专家和学者进一步聚焦于合成生物学，合成生物学是让青蒿素得以大规模制备的幕后英雄。在2015年12月底以合成生物学发展战略为主题的第552届香山科学大会上，30多位专家讨论了如何将“像组装机器一样组装生物体”的想法变成现实。

所谓合成生物学是指综合利用化学、物理、分子生物学和信息学中的知识和技术来设计、修饰、重构或制造生物分子、生物成分、生物反应系统、代谢途径和过程，甚至细胞和生物个体。

“合成生物学这个术语已经使用了100多年，但真正的突破是在过去10年。”中国科学院生物物理研究所的研究员张先恩告诉记者。

2000年，《自然》杂志报道了合成基因电路的研究成果，引起了全世界对合成生物学的广泛关注，并被认为在医药、制药、化工、能源、材料、农业等领域具有广阔的应用前景。

合成生物学的研究在世界上发展迅速。在短短几年内，许多基因控制模块被设计出来，包括开关、脉冲发生器、振荡器等。能有效调节基因表达、蛋白质功能、细胞代谢或细胞间相互作用。2003年，美国麻省理工学院建立了标准生物成分登记处。目前，已经收集了大约3200个BioBrick标准化生物部件，并且全世界的科学家可以在现有部件的基础上组装具有更复杂功能的生物系统。

自2006年以来，合成生物学的发展进入了一个新的阶段。研究的主流已经从单一生物组件的设计迅速发展到各种基本组件和模块的集成。

2008年，美国报道了世界上第一个通过人工化学完全合成和组装的细菌基因组，然后成功地将该基因组转移到生殖支原体宿主细胞中，获得了一个具有生存能力的新菌株。

中国科学院上海生命科学院的研究员赵国平告诉记者，早在20世纪60年代和70年代，中国生物化学家和有机合成化学家合作，在人工合成生理活性胰岛素和酵母丙氨酸-tRNA方面处于世界领先地位。20世纪90年代以来，遗传学家和分子生物学家合作并积极投资基因组学研究，进一步发展了一系列“组学”研究、生物信息学和系统生物学研究，将中国的生命科学研究推向世界第二梯队。

“十二五”期间，科技部及时启动了“863”和“973”计划中的合成生物学研究项目，有力地推动了该学科的发展。近年来，中国的合成生物学研究主要集中在基础科学方法、基因组合成和工业、农业、医学等领域的应用技术探索。总体而言，中国在国际合成生物学排名中排名第二。2015年9月，中国科学院天津工业生物技术研究所在糖醇生产酵母的基因组重组和转化研究方面取得重大进展，为进一步进行糖醇生物制造奠定了基础。

作为合成生物学发展的重要资源宝库，如何整合国内力量，获得更多像青蒿素这样的成果，也为合成生物学的研究提供了新的思路。

会议执行主席杨胜利研究员认为，如何整合现有研究力量，充分发挥现有相关领域的良好研究基础，从医药、能源、环境等行业的主要产品入手，抓住合成生物学的核心科学问题，创建合成可控、功能导向的新代谢网络和新对象，引领我国合成生物学的原创研究和自主创新，是亟待解决的问题。

职责:胡彦明