合成生物學及其研究進展

嚴 偉， 信豐學， 董維亮， 周 杰， 章文明， 姜 岷

(南京工業大學 生物與制藥工程學院 材料化學工程國家重點實驗室， 南京 211816)

合成生物學 (Synthetic biology) 是一門通過合成生物功能元件、裝置和系統，對細胞或生命體進行遺傳學設計、改造，使其擁有滿足人類需求的生物功能，甚至創造新的生物系統的學科[1]。它把“自下而上”的“建造”理念與系統生物學“自上而下”的“分析”理念相結合，利用自然界中已有物質的多樣性，構建具有可預測和可控制特性的遺傳、代謝或信號網絡的合成成分。其研究內容主要可劃分為3個層面：1)利用已知功能的天然生物模塊構建新型的代謝調控網絡使其擁有特定的新功能；2)基因組DNA的從頭合成以及生命體的重新構建；3)完整的生物系統以及全新的人造生命體的創建[2]。這種由知識驅動的方法研究能夠執行基本生物學現象(如自我組織、自我復制和自我可持續性)的最小生物學系統的重建。此外，目前，人工生物單位(如合成核苷酸或氨基酸)的合成及其在活細胞內部的聚合物中的實現為天然和人工生物系統之間設定了界限。作為一門交叉學科，合成生物學不僅包含基因工程、蛋白質工程等傳統學科，同時結合了系統生物學、化學、工程學等其它學科的研究思路，以生物技術和工程化理念為基礎，旨在設計與制造以生物為本質的組件與體系，使其達到人類的需求。其研究不僅可以使人們對生命科學中的遺傳、發育、疾病、衰老以及進化等現象進行深入探索與解析，同時還可以通過執行一些特殊的生物功能再加工生命系統，從而使得其應用領域更加廣闊，加速合成生物系統的工程化進程。……