什么是合成生物學？核心內容有哪些？

2022-08-19 17:15:28 作者：C-C 8423

1合成生物學的定義

“合成生物學”的概念最早在1910年就被提出，上世紀70年代“合成生物學”這一名詞出現在DNA重組技術的發展中，但直到2000年美國科學家EricKool開發了遺傳開關，重新定義為基于系統生物學的遺傳工程，標志著這一學科的正式出現。

合成生物學是在工程學思想指導下，按照特定目標理性設計、改造乃至從頭重新合成生物體系，其本質是讓細胞為人類工作生產想要的物質，用以解決人類食品缺乏、能源緊缺、環境污染、醫療健康等各方面的問題。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，合成生物學是生物學、生物信息學、計算機科學、化學、材料學等多學科交叉融合的學科。

英國工程和物理科學研究委員會 (The Engineering and Physical Sciences Research Council, EPSRC)寫道: “合成生物學是指針對應用目的, 對以生物為基礎的元件、器件和系統以及對現有天然生物系統的重新設計和工程化。

王璞玥等指出合成生物學是關于設計和重新合成生命的一門新興交叉融合性學科，是利用基因組測序技術、計算機模擬技術、生物工程技術和化學合成技術等，在工程學思想的指導下，通過設計生命、合成再造、重塑生命，開創全新科學研究模式，在生命科學、化學、材料學、醫藥與健康等多領域形成顛覆性技術

合成生物學

2合成生物學的核心內容

合成生物學的核心內容主要包括生物元件、基因線路、代謝工程以及基因組工程。

(1)生物元件:復雜生命系統里最基礎、功能最簡單的單元統稱。在遺傳系統中最基本、最簡單的生物元件是具有特定功能的氨基酸或核苷酸序列，可以在大規模的設計中與其他元件進一步組合成具有特定生物學功能的生物學裝置。常見生物元件:調控元件、催化元件、結構元件、操控和感應元件等。

(2)基因線路:由啟動子、阻遏子、增強子等調節元件及被調節基因構成的遺傳裝置，同時也是生命體對自身生命過程控制的動態調控系統。人工基因線路通過遺傳線路工程合成，主要分為基本型和組合型兩類:①基本型:依據生物學知識，借鑒電路的邏輯控制原理，設計并構建基因開關、放大器、振蕩器、邏輯門、計數器等合成器件。②組合型:以基本型人工基因線路作為基本元件搭建而成的用于模擬高級生命過程的遺傳裝置。

(3)代謝工程：設計生物合成途徑，代謝工程對生化反應進行修飾，利用分子生物學手段比如DNA重組技術，合理設計與改造已有的代謝途徑和調控網絡，目的是合成新的產物、提高已有產物的合成能力或者賦予細胞新的功能。常用的構建途徑:異源表達、細胞代謝反應的構建與調節。

(4)基因組工程:是一項能夠從頭合成或重設計基因組的技術，它的產生主要是由于基因組測序、基因編輯和基因合成等技術的迅速發展。從頭設計基因組的能力使人們可以根據任意設計原則對基因信息進行工程設計，從而開辟了無需天然基因組作為模板即可構建具有任何所需特性的細胞的可能性。

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