合成生物學(xué)研究的特征與趨勢
——基于CiteSpace的數(shù)據(jù)分析

陳秉塬， 鐘 源

(1.東北大學(xué)秦皇島分校圖書館， 秦皇島 066004; 2.天津大學(xué)化工學(xué)院， 天津 300072)

合成生物學(xué)是當(dāng)前最熱門的研究課題之一，它采用工程化設(shè)計理念，對生物進(jìn)行有目標(biāo)的設(shè)計、改造乃至建立人工生物系統(tǒng)，是具有重大的科學(xué)、技術(shù)價值與應(yīng)用潛力的新興前沿學(xué)科[1]。政府、基金會、企業(yè)等多方資金的支持和投入促進(jìn)了合成生物學(xué)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，并在解決人類能源、環(huán)境、醫(yī)療、藥物生產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

2010年以來，合成生物學(xué)取得許多突破性的成果，研究人員也對合成生物學(xué)研究領(lǐng)域進(jìn)行及時總結(jié)歸納。Choi等[2]綜述了系統(tǒng)代謝工程(包括工具和策略)的趨勢，重點介紹宿主菌株選擇、代謝途徑重建、耐受性增強(qiáng)和代謝通量優(yōu)化的最新發(fā)展；Xu等[3]總結(jié)了CRISPR-dCas工具在轉(zhuǎn)錄調(diào)控、表觀遺傳學(xué)工程、基因組成像、基因篩查和染色質(zhì)免疫沉淀方面的應(yīng)用；劉洋兒等[4]綜述了乳酸菌合成生物學(xué)中元件設(shè)計、載體選擇、轉(zhuǎn)化方法和基因編輯技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀；劉曉等[5]總結(jié)了DNA合成和基因編輯領(lǐng)域的主要技術(shù)及其研究進(jìn)展；Carlson等[6]探索了無細(xì)胞基因表達(dá)中功能基因組學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)合成、個性化藥物生產(chǎn)等方面的新應(yīng)用；張先恩[7]討論合成生物學(xué)發(fā)展及中國科學(xué)界在合成生物學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。

與上述對合成生物學(xué)綜述方法不同，現(xiàn)結(jié)合文獻(xiàn)計量學(xué)和科學(xué)知識圖譜分析方法，以從Web of Science核心合集檢索的4 765篇文獻(xiàn)和參考文獻(xiàn)為分析樣本(檢索式:TS=“synthetic biology”；文獻(xiàn)類型:Article；時間跨度:2000—2019；檢索時間:2020年2月27日)，以引文分析軟件CiteSpace為工具，對合成生物學(xué)的學(xué)科發(fā)展脈絡(luò)、關(guān)鍵節(jié)點、研究前沿、研究熱點和演進(jìn)趨勢進(jìn)行系統(tǒng)分析，進(jìn)而探究合成生物學(xué)未來發(fā)展方向，以期理清合成生物學(xué)在此期間的知識體系與理論基礎(chǔ)，梳理合成生物學(xué)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，為中國合成生物學(xué)領(lǐng)域研究和發(fā)展起到一定的推動作用。

1 合成生物學(xué)研究的宏觀分析

1.1 發(fā)文國家及年度趨勢分析

從年度發(fā)文趨勢上看，自2004年以來，合成生物學(xué)研究呈穩(wěn)步上升趨勢，2008年以后，合成生物學(xué)發(fā)展加速，如圖1所示。

圖1 合成生物學(xué)年度發(fā)文趨勢圖

從國家/地區(qū)貢獻(xiàn)上看，美國、中國、英國、德國為合成生物學(xué)的研究主力，四國發(fā)表論文數(shù)量占總論文的70%以上，特別是美國，自開始有研究論文以來，一直在合成生物學(xué)領(lǐng)域起主導(dǎo)作用。中國在合成生物學(xué)方面的研究發(fā)展迅速，自2014年開始超過英國，成為第二大貢獻(xiàn)國。

1.2 學(xué)者及機(jī)構(gòu)分析

通過學(xué)者發(fā)文量以及合作者統(tǒng)計能反映學(xué)者在相應(yīng)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)度和影響力，同時展現(xiàn)學(xué)者之間的合作與聯(lián)系。選擇分析樣本中發(fā)文量前30%的作者，時間間隔限定為1年，形成作者網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。

圖2 合成生物學(xué)作者發(fā)文數(shù)量及關(guān)系聚類圖譜

合成生物學(xué)領(lǐng)域的核心貢獻(xiàn)者有Keasling J D、Zhao H M(趙慧民)、Voigt C A、Jewett N C、Chen G Q(陳國強(qiáng))、Yuan Y J(元英進(jìn))等，其中，北京化工大學(xué)趙惠民教授、清華大學(xué)陳國強(qiáng)教授、天津大學(xué)元英進(jìn)教授作為中國學(xué)者在該學(xué)科領(lǐng)域作出重要貢獻(xiàn)，具有較強(qiáng)的國際影響力。

合作關(guān)系方面，合成生物學(xué)研究合作特別是國際合作頻繁，且大部分學(xué)者傾向于相對穩(wěn)定的合作集群，每個集群通常包含兩個或更多的核心學(xué)者。中國學(xué)者發(fā)表的論文中國際合作論文占23%，最大的合作伙伴是美國，其次是英國和德國。

機(jī)構(gòu)發(fā)文量分析顯示文獻(xiàn)由2910個研究機(jī)構(gòu)貢獻(xiàn)，核心研究機(jī)構(gòu)主要分布在美國、歐洲和中國。各機(jī)構(gòu)既獨立發(fā)展又相互合作，形成了“多極發(fā)展、整體擴(kuò)散”的分布模式，發(fā)文機(jī)構(gòu)關(guān)系聚類如圖3所示。其中以麻省理工大學(xué)(179篇)、加州大學(xué)伯克利分校(148篇)、哈佛大學(xué)(124篇)為代表的美國研究機(jī)構(gòu)表現(xiàn)突出，是合成生物學(xué)研究的主力。中國的合成生物學(xué)研究發(fā)展迅速，其中中國科學(xué)院(153篇)、天津大學(xué)(67篇)、清華大學(xué)(58篇)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)(47篇)、上海交通大學(xué)(40篇)等研究機(jī)構(gòu)均有良好國際影響力。

圖3 合成生物學(xué)發(fā)文機(jī)構(gòu)及關(guān)系聚類圖譜

1.3 發(fā)文期刊及學(xué)科領(lǐng)域分析

分析樣本文獻(xiàn)來自461個期刊，從發(fā)文期刊聚類情況看，目前合成生物學(xué)研究領(lǐng)域的核心研究成果主要分布在Nature、Science、AcsSyntheticBiology和PLoSOne等國際前沿期刊上。

對分析樣本研究主題進(jìn)行聚類形成學(xué)科領(lǐng)域知識圖譜，如圖4所示。合成生物學(xué)所涉及的學(xué)科面較為廣泛，核心研究為生物化學(xué)以及生物化學(xué)相關(guān)，和生命科學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、計算生物學(xué)等生命科學(xué)的前沿領(lǐng)域有緊密聯(lián)系，也和化工、制藥、食品等傳統(tǒng)化工領(lǐng)域的研究息息相關(guān)。

圖4 合成生物學(xué)學(xué)科領(lǐng)域聚類圖譜

在圖譜之中可以看到數(shù)學(xué)、計算機(jī)等技術(shù)也融入其中，多學(xué)科交叉在合成生物學(xué)之中也占有重要的地位，這印證了合成生物學(xué)的一些特點:運用生物和化學(xué)的相關(guān)手段人工建立生物系統(tǒng)，結(jié)合數(shù)學(xué)、計算機(jī)等相關(guān)知識，使其像電路一樣運行。

2 合成生物學(xué)研究的知識基礎(chǔ)

高被引文獻(xiàn)記錄了這個領(lǐng)域的重要研究成果。通過對高被引文獻(xiàn)的解讀能加深對合成生物學(xué)領(lǐng)域研究邏輯和理論基礎(chǔ)的理解。在分析樣本中共有10篇高被引文獻(xiàn)，發(fā)文集中在2008—2011年。

其中，Canton等[8]所著的《精細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化合成生物部件和設(shè)備》可以說是合成生物學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化的開端；而同年Stricker等[9]所寫的《快速、強(qiáng)大且可調(diào)的合成基因振蕩器》則為基因線路的發(fā)展提出了核心構(gòu)想。

Gibson等[10]、Salis等[11]和Wang等[12]則分別提出了高分子量DNA的酶促組裝方法、自設(shè)計合成核糖體結(jié)合位點以控制蛋白質(zhì)表達(dá)以及通過多重基因組工程和加速進(jìn)化對細(xì)胞進(jìn)行編程的方法使得合成生物學(xué)的實驗手段更加簡潔高效。此外，Purnick等[13]的《合成生物學(xué)第二波:從模塊到系統(tǒng)》把合成生物學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展方向描述得更加確切，指明了合成生物學(xué)已經(jīng)從最初摸索的把生物體模塊化到將這些模塊拼接成系統(tǒng)的進(jìn)一步跨越。

Khalil等[14]詳細(xì)介紹了合成生物學(xué)的應(yīng)用以及前景，Gibson等[15]的《由化學(xué)合成的基因組控制細(xì)菌細(xì)胞的產(chǎn)生》則把人造基因組插入天然生命之中，Ajikumar等[16]的《大腸桿菌中紫杉醇前體過量生產(chǎn)的類異戊二烯途徑優(yōu)化》運用合成生物學(xué)方法高效合成了抗癌藥物紫杉醇。

Tamsir等[17]的《使用遺傳編碼的NOR門和化學(xué)“導(dǎo)線”進(jìn)行強(qiáng)大的多細(xì)胞計算》則為基因線路的多細(xì)胞計算提供了更廣闊的思路。

從這些經(jīng)典文獻(xiàn)可以看出，以應(yīng)用和實踐為導(dǎo)向進(jìn)行研究仍然是合成生物學(xué)的前進(jìn)方向，其理論基礎(chǔ)主要是工程化、模塊化、系統(tǒng)化理論，研究基本框架主要有基因回路、代謝工程等。

3 合成生物學(xué)研究熱點和研究前沿

根據(jù)分析樣本的關(guān)鍵詞共現(xiàn)和聚類分析，可以得到已有文獻(xiàn)的研究熱點和前沿。

3.1 合成生物學(xué)關(guān)鍵詞聚類

在CiteSpace軟件中利用尋徑網(wǎng)絡(luò)分析(pathfinder)繪制共被引關(guān)系圖譜，模塊值ModularityQ為 0.843 5，大于0.3，平均輪廓值S為0.907 3，大于0.5，滿足聚類結(jié)構(gòu)顯著性和聚類效果合理性要求。從合成生物學(xué)研究領(lǐng)域的高頻關(guān)鍵詞、共現(xiàn)聚類的大小及輪廓值，獲得聚類值>0.1的聚類共15個,如表1和圖5所示。

圖5 合成生物學(xué)論文關(guān)鍵詞聚類

表1 合成生物學(xué)聚類值>0.1的聚類標(biāo)簽列表

為了更清晰地分析合成生物學(xué)關(guān)鍵詞聚類，根據(jù)研究層次繪制合成生物學(xué)研究熱點邏輯關(guān)系圖，并在接下來章節(jié)按邏輯關(guān)系圖進(jìn)行分類闡述，如圖6所示。

圖6 合成生物學(xué)研究熱點邏輯關(guān)系圖

3.2 重要研究方向一:理論與技術(shù)

聚類1:多尺度模型(multiscale models)。模型是科學(xué)研究之中一種很常見的研究手段。通過構(gòu)建模型，把現(xiàn)實世界中的物體進(jìn)行抽象和研究，能夠得到更加簡約和具有普適性的規(guī)律。在合成生物學(xué)的理論體系中，主要通過熱力學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行研究，但是因為合成生物學(xué)的反應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到熱力學(xué)極限，常微分方程的方法并不是特奏效，而且，因為生化反應(yīng)的物質(zhì)量相對較少，使用傳統(tǒng)分析方法的全部連續(xù)性建模顯然不適用。因此，要引入一定的離散與隨機(jī)建模，相互結(jié)合形成多尺度模型，這在合成生物學(xué)的理論構(gòu)建之中起到了十分關(guān)鍵的作用[18]。

聚類3:RNA指導(dǎo)的多重基因調(diào)控(ribonucleic acid guided multiplex gene regulation)。過去RNA只被認(rèn)為是從DNA到蛋白質(zhì)之間的傳聲者，但是隨著研究的不斷深入，RNA的功能也正在不斷顯現(xiàn)出來。在翻譯過程中，RNA可以通過堿基互補(bǔ)配對沉默目標(biāo)RNA進(jìn)而對產(chǎn)物做出更多影響，例如改變基因表達(dá)或者阻止定向進(jìn)化。RNA分子的基因調(diào)控途徑大體上分兩類，即轉(zhuǎn)錄水平基因沉默:因為與具有同源性的dsRNA或RNA結(jié)合，使啟動子DNA甲基化，進(jìn)而不能啟動轉(zhuǎn)錄；轉(zhuǎn)錄后基因沉默:在基因轉(zhuǎn)錄后通過對細(xì)胞液內(nèi)靶mRNA特異性降解而使基因失活[19]。

聚類4:規(guī)律成簇的間隔短回文重復(fù)(clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR)。CRISPR是源自原核生物基因組內(nèi)的一段重復(fù)序列，細(xì)菌為了將病毒的外來入侵基因清除，進(jìn)化出CRISPR-Cas9系統(tǒng)，利用這個系統(tǒng)，細(xì)菌可以把病毒基因從自己的基因組上切除，這是細(xì)菌特有的免疫體系[20]。

利用細(xì)菌免疫體系切除目標(biāo)DNA的典型模式是依靠一個被RNA引導(dǎo)的復(fù)合物，定向?qū)ふ夷繕?biāo)DNA序列，然后將該序列進(jìn)行切除。但是細(xì)菌的免疫復(fù)合物都很復(fù)雜，其中一種蛋白Cas9的操作技術(shù)是目前已經(jīng)被掌握的，可以切除多種目標(biāo)細(xì)胞的DNA，這種方法被稱為CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)，是目前生命科學(xué)界最熱門的技術(shù)。

聚類8:合成生物學(xué)開放語言(synthetic biology open language,SBOL)。生物系統(tǒng)被合成生物學(xué)通過基于工程的設(shè)計，以分子生物學(xué)、遺傳學(xué)和代謝工程的技術(shù)和功能為基礎(chǔ)來解決傳統(tǒng)研究過程中存在的種種問題。但是合成生物學(xué)仍然存在很多問題，包括開發(fā)時間長、失敗率高和可重復(fù)性差。解決這些問題的一種方法是改善實驗室之間有關(guān)設(shè)計系統(tǒng)的信息交換。合成生物學(xué)開放語言已開發(fā)為支持合成生物學(xué)中規(guī)范和交換生物學(xué)設(shè)計信息的標(biāo)準(zhǔn)，滿足了其他現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)無法滿足的需求[21]。

聚類10:系統(tǒng)生物學(xué)(systems biology)。系統(tǒng)生物學(xué)是以實驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果為基礎(chǔ)來研究生物系統(tǒng)的學(xué)科，它對生物的系統(tǒng)性進(jìn)行研究，檢測基因、蛋白質(zhì)以及信息通路的各項表征和翻譯，然后通過對數(shù)據(jù)的整合，最終建立數(shù)學(xué)模型，通過模型進(jìn)一步描述生物系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和對各種擾動的反應(yīng)[22]。

3.3 重要研究方向二:研究成果1——代謝工程

聚類2:組合優(yōu)化(combinatorial optimization)。合成生物學(xué)的主要挑戰(zhàn)是設(shè)計具有新穎功能的復(fù)雜生物系統(tǒng)，但是通常很難合理設(shè)計合成基因網(wǎng)絡(luò)中的每個組件以實現(xiàn)最佳性能。組合工程是解決該問題的重要方法，可以極大地促進(jìn)新型生物學(xué)功能的構(gòu)建。組合優(yōu)化有很多種方式，包括微調(diào)途徑組件系統(tǒng)、策略優(yōu)化代謝途徑、以及引入多重基因組范圍微擾的技術(shù)[23]。

聚類5:蛋白質(zhì)表達(dá)(protein expression)。蛋白質(zhì)表達(dá)是合成生物學(xué)研究的又一個重要方向。蛋白表達(dá)是指用模塊生物表達(dá)外源基因蛋白的一種分子生物學(xué)技術(shù)。由宿主、載體和輔助部分組成，而表達(dá)方式也分為原核蛋白表達(dá)、酵母蛋白表達(dá)、哺乳動物與昆蟲細(xì)胞表達(dá)。

聚類6:同源重組(homologous recombination)。同源重組是在合成生物學(xué)實驗中構(gòu)建生產(chǎn)更大DNA構(gòu)建體的重要技術(shù)。同源重組技術(shù)是指兩個DNA之間的遺傳信息精準(zhǔn)特異性互換。在釀酒酵母菌的體系之中不但有更加穩(wěn)定高效的同源重組修復(fù)雙鏈DNA斷裂機(jī)制，而且只要兩個DNA分子之間有30～50 bp(base pair,堿基對)的長度就可以進(jìn)行，比其他酵母菌更加有效。進(jìn)而引發(fā)出聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain reaction, PCR)介導(dǎo)的重組技術(shù)，作為PCR引物的人工合成寡核苷酸單鏈可擴(kuò)增同源區(qū)段[24]。

聚類9:轉(zhuǎn)錄后調(diào)控(post-transcriptional regulation)。在生物學(xué)研究的過程之中，轉(zhuǎn)錄是極其重要的一步，但是隨著研究的不斷深入，加工、 成熟、 降解、 翻譯等諸多轉(zhuǎn)錄后小段RNA的過程中都存在復(fù)雜而精細(xì)的調(diào)節(jié)機(jī)制，這些都是基因表達(dá)的影響因素。研究熱點從非翻譯區(qū)到末端等諸多方面均有涉及[25]。

聚類12:蛋白質(zhì)重組(protein reconstitution)。蛋白質(zhì)是生命活動的重要載體，而蛋白質(zhì)不只是簡單的大分子，它具有非常復(fù)雜結(jié)構(gòu)，而研究這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的方法目前主要通過電鏡來實現(xiàn)[26]。

3.4 重要研究方向三:研究成果2——線路工程

聚類13:合成回路(synthetic circuit)。前期的合成生物學(xué)工作主要是基于利用轉(zhuǎn)錄層面的控制，蛋白質(zhì)之間的偶聯(lián)發(fā)展相對于DNA元件的開發(fā)一直進(jìn)展緩慢。然而蛋白質(zhì)水平的電路可以使強(qiáng)大的新細(xì)胞行為工程成為可能。一個可組合的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)將有助于合理的蛋白質(zhì)回路設(shè)計。在該系統(tǒng)中，各個蛋白質(zhì)組成可以相互調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生各種不同的回路結(jié)構(gòu)。在合成回路中，蛋白質(zhì)特異性地改變彼此的活性、定位或穩(wěn)定性。合成蛋白回路可以提供優(yōu)于基因調(diào)節(jié)回路的優(yōu)勢，包括更快的操作、與內(nèi)源途徑的直接耦合、單轉(zhuǎn)錄物遞送以及無需基因組整合的功能[27]。

聚類14:基因回路(genetic circuit)。基因回路是合成生物學(xué)的重要組成部分，合成生物學(xué)的目的之一是把生物模塊工程化運行，因此把基因抽象成邏輯符號，使其能夠像電路元件一樣標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化運行也是合成生物學(xué)的應(yīng)用。科學(xué)家們把已知可利用的并且可以相互調(diào)控的基因組裝起來賦予它們抽象電路之中的含義。與、或、非門三種基本邏輯門是由特定的mRNA的濃度作為邏輯信號。在細(xì)胞內(nèi)，mRNA操作轉(zhuǎn)錄形成的分子與其他蛋白質(zhì)相互作用，綁定特定的DNA結(jié)合位點，并最終調(diào)節(jié)其他蛋白質(zhì)表達(dá)。這些調(diào)控活動，可以用數(shù)字邏輯功能及模擬信號處理來實現(xiàn)。隨著合成生物學(xué)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)由單一的門逐漸擴(kuò)展到多細(xì)胞、多角度的回路。還實現(xiàn)了振蕩器計時器等多種基于回路特性構(gòu)建的系統(tǒng)[28]。

聚類15:核糖開關(guān)(riboswitch)。核糖開關(guān)是小段RNA序列，它們結(jié)合代謝物等小分子后可以改變構(gòu)象，從而調(diào)控基因表達(dá)。核糖開關(guān)是一種非常經(jīng)濟(jì)的基因調(diào)控方式，在基因表達(dá)調(diào)控、抗菌、挑選適配體以及制作生物傳感器等方面具有重要作用[29]。

3.5 重要研究方向四:技術(shù)應(yīng)用

聚類7:生物燃料(biofuel)。生物燃料包括纖維素燃料、微藻燃料以及近年來新開發(fā)的優(yōu)質(zhì)生物燃料(高級醇、高級脂肪、高級烴等)和利用新技術(shù)合成的原有生物燃料(生物乙醇、生物柴油等)。而生物燃料高效利用的關(guān)鍵也在于工程改造微生物，主要途徑如下。

(1)從源頭上通過合成生物學(xué)技術(shù)提高生物質(zhì)原材料的轉(zhuǎn)化特性或設(shè)計出更多種類的生物燃料，使其更容易生產(chǎn)或轉(zhuǎn)化為特定燃料。

(2)開發(fā)綠色高效催化劑，提高生物燃料的轉(zhuǎn)化效率。

(3)構(gòu)建微生物工廠，實現(xiàn)生物燃料規(guī)模化生產(chǎn)[30]。

(4)構(gòu)建微生物燃料電池，實現(xiàn)特定產(chǎn)物的可控生成和分解[31]。

聚類11:生物制藥(biopharmaceutical manufacturing)。藥品的研發(fā)與工程化生產(chǎn)一直是研究熱點之一，隨著合成生物學(xué)技術(shù)的成熟，讓科學(xué)家和工程師能夠通過微生物系統(tǒng)大規(guī)模生產(chǎn)藥物和其他高附加值產(chǎn)品。而運用合成生物學(xué)來生產(chǎn)藥物，是因為本來有很多藥物就是純天然大分子，例如青霉素、青蒿素等，這些高分子的合成本身也具有生物途徑，運用微生物來進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)也很方便。并且生物體的復(fù)雜性使得其在生物體內(nèi)的合成過程存在復(fù)雜的多級調(diào)控，基因回路等合成生物學(xué)的常用手段能夠?qū)@些階段進(jìn)行工程化的精密調(diào)控。

4 合成生物學(xué)研究演進(jìn)特征與趨勢

時間線圖(timeline view)可以從時間維度來揭示合成生物學(xué)的研究趨勢和發(fā)展歷程，通過時間線圖和總結(jié)分析可以推斷出合成生物學(xué)不同維度的演進(jìn)特征，進(jìn)而總結(jié)出變革趨勢。

結(jié)合文獻(xiàn)計量研究法，采用CiteSpace的時區(qū)共現(xiàn)聚類功能對相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)按照每隔兩年的時間周期進(jìn)行了聚類分析，進(jìn)而從理論指導(dǎo)、技術(shù)推動、線路工程、代謝工程、實際應(yīng)用五個維度對合成生物學(xué)研究的演進(jìn)特征進(jìn)行系統(tǒng)描述，如表2所示。

表2 演進(jìn)特征年份維度圖

整體來看，合成生物學(xué)聚類呈現(xiàn)先增加再放緩的趨勢，說明合成生物學(xué)的整個學(xué)科體系已經(jīng)逐漸建立，研究人員更加傾向于對深層次、多角度、工業(yè)化的研究。

從合成生物學(xué)的理論指導(dǎo)學(xué)科增加放緩，說明合成生物學(xué)正在脫胎于其他學(xué)科，構(gòu)建出屬于自己的知識體系，而技術(shù)推動的一次次進(jìn)步則標(biāo)志著合成生物學(xué)與其他檢測、計量等精密學(xué)科和物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機(jī)等基礎(chǔ)學(xué)科的緊密聯(lián)系。線路工程與代謝工程的不斷發(fā)展顯示出合成生物學(xué)最為主體的研究脈絡(luò)，也預(yù)示著合成生物學(xué)未來一段時間的發(fā)展進(jìn)程，代謝工程的更高產(chǎn)量、更快速度、更多物質(zhì)和線路工程的復(fù)雜化、模塊化、算法化方向不斷推進(jìn)。

應(yīng)用上來說，合成生物學(xué)能夠不斷地將自己研發(fā)的成果轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用，能夠造福社會，可以提高合成生物學(xué)的普及度，促進(jìn)發(fā)展，同時也對合成生物學(xué)的研究提出了更高的要求。可以預(yù)見未來10年之中仍會有大量的合成生物學(xué)研究和應(yīng)用成果涌現(xiàn)。

5 結(jié)論

從21世紀(jì)初的起步，到如今的蓬勃發(fā)展，合成生物學(xué)受到各國的高度重視，學(xué)者們在線路工程、代謝工程等領(lǐng)域不斷研究，實現(xiàn)從模塊到系統(tǒng)的過程。在這個期間，中國高度重視，利用“863”計劃等國家平臺，組織關(guān)于合成生物技術(shù)研究項目，解決合成生物技術(shù)實際應(yīng)用中面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題，通過關(guān)鍵技術(shù)的突破，提高中國在生物能源、藥物研究和生產(chǎn)領(lǐng)域的綜合應(yīng)用能力[32]。

基于對4 765篇合成生物學(xué)文獻(xiàn)記錄的引文分析，對合成生物學(xué)研究領(lǐng)域近20年的發(fā)展歷程進(jìn)行分析，展示了合成生物學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展歷程。利用CiteSpace的知識圖譜聚類功能，將多種研究工具和方法相融合，繪制多維度的知識圖譜，并以此為基礎(chǔ)梳理出合成生物學(xué)的重要研究方向和未來研究趨勢，為合成生物學(xué)領(lǐng)域的科研人員探尋同類學(xué)科、主要文獻(xiàn)、主要研究對象提供了明確的指向，有助于其更好地了解和追蹤研究熱點和研究前沿。